一种皮秒长脉冲串等幅放大装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种皮秒长脉冲串等幅放大装置及方法，属于激光器领域，皮秒种子源产生种子脉冲序列，经过延时控制器控制的脉冲拾取器，分离出所需持续时间和重复频率的种子脉冲串；光学放大器接收选定的种子脉冲串，在放大过程中延时控制器通过调节脉冲拾取器调制信号的触发时间与放大级脉冲泵浦调制信号的触发时间之间的时间间隔，来控制种子脉冲串前沿与放大级泵浦脉冲前沿之间的相对延迟时间，进而准确设置脉冲泵浦延时的宽度和重复频率。本发明专利技术通过设置最佳的脉冲泵浦延时，控制种子脉冲串到来之前放大级能量的积累时间，消除放大级增益饱和效应，实现无畸变的等幅放大脉冲串输出，并且具有结构简单、操作灵活的特点。操作灵活的特点。操作灵活的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种皮秒长脉冲串等幅放大装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种皮秒长脉冲串等幅放大装置及方法，属于激光器


技术介绍

[0002]皮秒长脉冲串工作模式是指皮秒激光器周期性输出由多个子脉冲构成的脉冲包络激光。皮秒长脉冲串激光器具有兼顾高重复频率和大能量输出、脉冲串持续时间可调谐、适应处理不同材料等诸多优点和独特优势，被广泛应用于激光加工、激光诊断、激光辅助离子剥离和自由电子激光器等各个领域。由于皮秒种子源经脉冲拾取器获得的脉冲串能量太小，不能满足激光应用需求，因此需要采用一级或多级激光放大器对选定的种子脉冲串能量进行放大。在脉冲串模式脉冲放大的过程中，由于脉冲串内子脉冲的脉冲间隔相对较小，放大级的增益饱和效应会导致种子脉冲串包络前沿的子脉冲获得高增益，消耗较多放大器积累的上能级反转粒子数，在放大器补充反转粒子数之前，迅速到来的后续子脉冲只能低增益放大。因此造成脉冲串内子脉冲强度逐渐减小，放大后的脉冲串包络会出现前高后低的波形畸变现象。
[0003]专利文献CN112703645A公开了一种带有脉冲串模式控制的激光器
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MOPA，可以实现脉冲串等幅放大。该激光器涉及在放大之前利用光调制器对选定的种子脉冲串进行包络波形的预整形，以使得放大之后的脉冲串包络内的子脉冲具有相同的幅值。张聪聪等在“时域波形可编程飞秒脉冲串掺镱光纤放大”，《激光与光电子学进展》，2021，第58卷，第23期中介绍了一种基于现场可编程门阵列实现脉冲串整形放大的方法，该方法采用电路高速信号处理实现对脉冲串内子脉冲的强度调控实现对种子脉冲包络的整形，进而获得脉冲串放大后的等幅输出。
[0004]以上两种实现脉冲串等幅放大的方法都是对种子脉冲串包络进行预整形，其存在以下不足：其一，对种子脉冲串进行预整形，涉及复杂的理论模拟和程序设计，且一种整形只适合于固定脉冲串持续时间，脉冲串持续时间改变，需要重新对包络进行整形设计，因此该种方法技术难度大且操作不灵活；其二，光调制器信号的调制与整形都离不开控制器，而具有高速响应的控制器虽然可以进行商购，但这会大大提高整个装置的成本；其三，种子脉冲串内子脉冲幅值稳定性不佳的情况下，预整形会导致输出的脉冲串内子脉冲幅值不稳定性增加，因此需要对种子脉冲串进行监测和反馈，增加了整个系统的结构和设计的复杂性。
[0005]因此，开发普遍适用、结构简单、操作灵活的皮秒长脉冲串等幅放大方法，避免脉冲串放大幅度前沿至后沿持续下降、脉冲串包络波形畸变，实现脉冲串的等幅度放大输出，具有重要意义。为此，提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种皮秒长脉冲串等幅放大装置及方法，基于脉冲泵浦延时能够有效地实现皮秒脉冲串等幅放大输出，并且具有结构简单、操作灵活的特点。本专利技术利用脉冲泵浦延时准确调控种子脉冲串前沿与放大级泵浦脉冲前沿之间的相
对延迟时间，进而控制种子脉冲串到来前的放大级能量积累时间，避免了放大级增益饱和效应造成的脉冲串放大幅度前沿至后沿持续降低导致的脉冲串波形的畸变。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种皮秒长脉冲串等幅放大装置，包括皮秒种子源、脉冲拾取器、延时控制器和光学放大器；
[0009]所述皮秒种子源用于产生具有高重复频率的皮秒种子脉冲序列，脉冲拾取器用于从皮秒种子源接收种子脉冲序列，延时控制器连接脉冲拾取器并施加调制信号，用于精确控制脉冲拾取器的触发时间、重复频率以及持续时间，由此从种子脉冲序列中分离出种子脉冲串；光学放大器用于接收并放大脉冲拾取器中选定的种子脉冲串，延时控制器还连接光学放大器的光泵浦脉冲驱动电路，并对放大级光泵浦脉冲驱动电路施加调制信号，控制放大级泵浦脉冲触发时间、持续时间和重复频率，通过调节种子脉冲串前沿与放大级泵浦脉冲前沿的相对延迟时间，控制脉冲泵浦延时的宽度和重复频率，最终获得等幅度放大的脉冲串输出。
[0010]优选的，所述脉冲拾取器还包含相应的驱动源，延迟控制器实际上是对脉冲拾取器的驱动源施加数字调制信号，进而由驱动源输出模拟调制信号控制脉冲拾取器的触发时间、重复频率以及持续时间。
[0011]优选的，所述脉冲拾取器可以为声光Q开关火或电光Q开关等开关，电光Q开关包括普克尔盒和相应的驱动源；
[0012]当脉冲拾取器为电光Q开关方式时，沿光路依次设置半波片、普克尔盒和偏振片组合成脉冲拾取器。
[0013]优选的，所述光学放大器为一级或多级行波放大器；
[0014]行波放大器采用端面泵浦或者侧面泵浦增益介质的方式，优选的，端面泵浦方式可以为单端泵浦方式或双端泵浦方式。
[0015]优选的，所述行波放大器光泵浦源采用脉冲输出模式的半导体激光器或氙灯，并通过泵浦放大级增益介质实现放大级的能量积累；
[0016]优选的，放大级增益介质为受激辐射发射波长与皮秒种子源输出波长一致的激光晶体；
[0017]优选的，所述延时控制器为数字延时与脉冲信号发生器，数字延时与脉冲信号发生器具有多个输出通道，通过所述延时控制器可对输出的调制信号的触发时间、重复频率、持续时间以及信号幅值进行精确控制。
[0018]优选的，所述数字延时与脉冲信号发生器内置时钟系统，以时钟系统为基准，每个信号通道独立地对信号的触发时间、重复频率、持续时间以及信号幅值进行调节，而不受其他的信号通道的调制信号的影响；
[0019]优选的，数字延时与脉冲信号发生器在调制脉冲泵浦延时过程中，使用的调制信号均为方波信号。
[0020]一种皮秒长脉冲串等幅放大方法，皮秒种子源产生具有高重复频率的皮秒种子脉冲序列，脉冲拾取器从皮秒种子源接收种子脉冲序列，延时控制器对脉冲拾取器施加调制信号，精确控制脉冲拾取器的触发时间、重复频率以及持续时间，由此从种子脉冲序列中分离出种子脉冲串；光学放大器接收脉冲拾取器中选定的种子脉冲串，延时控制器对放大级
光泵浦脉冲驱动电路施加调制信号，控制放大级泵浦脉冲触发时间、持续时间和重复频率，通过调节种子脉冲串前沿与放大级泵浦脉冲前沿的相对延迟时间，控制脉冲泵浦延时的宽度和重复频率，通过设置最佳的脉冲泵浦延时，控制种子脉冲串到来之前放大级能量的积累时间，消除放大级增益饱和效应，实现无畸变的等幅放大脉冲串输出；
[0021]脉冲泵浦延时为种子脉冲串前沿与放大级泵浦脉冲前沿之间的相对延迟时间，脉冲泵浦延时是通过控制脉冲拾取器调制信号的触发时间与光学放大器脉冲泵浦调制信号的触发时间之间的时间间隔来实现的，在调制过程中，泵浦脉冲的持续时间大于或者等于种子脉冲串的持续时间，以确保种子脉冲串的全部子脉冲都能够实现放大。
[0022]优选的，设置脉冲泵浦延时的具体过程为：
[0023](1)以数字延时与脉冲信号发生器内置时钟系统为基准，设置种子脉冲串的持续时间、重复频率和脉冲拾取器调制信号的触发时间，然后设置光学放大级泵浦脉冲的持续时间、重复频率和调制信号的触发时间，使用光电转换探头和示波器对放大后输出的脉冲串包络波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种皮秒长脉冲串等幅放大装置，其特征在于，包括皮秒种子源、脉冲拾取器、延时控制器和光学放大器；所述皮秒种子源用于产生具有高重复频率的皮秒种子脉冲序列，脉冲拾取器用于从皮秒种子源接收种子脉冲序列，延时控制器连接脉冲拾取器并施加调制信号，用于精确控制脉冲拾取器的触发时间、重复频率以及持续时间，由此从种子脉冲序列中分离出种子脉冲串；光学放大器用于接收并放大脉冲拾取器中选定的种子脉冲串，延时控制器还连接光学放大器的光泵浦脉冲驱动电路，并对放大级光泵浦脉冲驱动电路施加调制信号，控制放大级泵浦脉冲触发时间、持续时间和重复频率，通过调节种子脉冲串前沿与放大级泵浦脉冲前沿的相对延迟时间，控制脉冲泵浦延时的宽度和重复频率，最终获得等幅度放大的脉冲串输出。2.根据权利要求1所述的皮秒长脉冲串等幅放大装置，其特征在于，所述脉冲拾取器还包含相应的驱动源，延迟控制器对脉冲拾取器的驱动源施加数字调制信号，进而由驱动源输出模拟调制信号控制脉冲拾取器的触发时间、重复频率以及持续时间。3.根据权利要求1所述的皮秒长脉冲串等幅放大装置，其特征在于，所述脉冲拾取器为声光Q开关火或电光Q开关，电光Q开关包括普克尔盒和相应的驱动源；当脉冲拾取器为电光Q开关方式时，沿光路依次设置半波片、普克尔盒和偏振片组合成脉冲拾取器。4.根据权利要求3所述的皮秒长脉冲串等幅放大装置，其特征在于，所述光学放大器为一级或多级行波放大器；行波放大器采用端面泵浦或者侧面泵浦增益介质的方式，优选的，端面泵浦方式为单端泵浦方式或双端泵浦方式。5.根据权利要求4所述的皮秒长脉冲串等幅放大装置，其特征在于，所述行波放大器光泵浦源采用脉冲输出模式的半导体激光器或氙灯，并通过泵浦放大级增益介质实现放大级的能量积累；优选的，放大级增益介质为受激辐射发射波长与皮秒种子源输出波长一致的激光晶体。6.根据权利要求1所述的皮秒长脉冲串等幅放大装置，其特征在于，所述延时控制器为数字延时与脉冲信号发生器，数字延时与脉冲信号发生器具有多个输出通道，通过延时控制器对输出的调制信号的触发时间、重复频率、持续时间以及信号幅值进行精确控制。7.根据权利要求6所述的皮秒长脉冲串等幅放大装置，其特征在于，所述数字延时与脉冲信号发生器内置时钟系统，以时钟系统为基准，每个信号通道独立地对信号的触发时间、重复频率、持续时间以及信号幅值进行调节；优选的，数字延时与脉冲信号发生器在调制脉冲泵浦延时过程中，使...

【专利技术属性】
技术研发人员：程文雍，张嘉宇，李大振，张海鹍，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：