專利名稱：納秒級(jí)激光脈沖再生放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器，特別是一種納秒級(jí)激光脈沖再生放大器。它可 實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定、高增益的放大，并通過(guò)附加后綴脈沖方法降低由放大器增 益飽和效應(yīng)引起激光脈沖時(shí)域波形畸變。
背景技術(shù)：
用于放大納秒級(jí)激光脈沖的再生放大器的輸出激光脈沖能量穩(wěn)定度 與輸出激光脈沖時(shí)域波形畸變相互矛盾。在不考慮增益飽和情況下，激 光脈沖在再生放大器腔內(nèi)多次放大的過(guò)程中，再生放大器自身引入的波 動(dòng)隨著放大程數(shù)的增加不斷累積，因此，隨著放大程數(shù)的增加，輸出激 光脈沖能量穩(wěn)定度下降。但是，隨著激光脈沖的不斷放大，增益介質(zhì)儲(chǔ) 能不斷消耗，放大器逐漸進(jìn)入增益飽和狀態(tài)。在放大器進(jìn)入增益飽和狀 態(tài)的過(guò)程中，再生放大器的輸出激光脈沖能量穩(wěn)定度受到放大器增益介 質(zhì)上能級(jí)儲(chǔ)能的抑制而趨于穩(wěn)定。因此，為了獲得穩(wěn)定的輸出，再生放 大器必須工作在近增益飽和狀態(tài)。但是，由于增益飽和效應(yīng)，當(dāng)再生放 大器工作在近增益飽和狀態(tài)時(shí)，脈沖前部相比于后部獲得了更大的增益 系數(shù)，因此輸出激光脈沖時(shí)間波形畸變。在此我們常用的方波扭曲(square-pulse distortion,簡(jiǎn)稱為SPD)來(lái)表征這種由于增益飽和效應(yīng) 引起的畸變，方波扭曲表示為畸變的方波脈沖前沿與后沿的比例?？梢?通過(guò)調(diào)整種子整形激光脈沖的時(shí)域波形對(duì)其進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償。但是，過(guò)大的 時(shí)間波形畸變?cè)黾恿祟A(yù)補(bǔ)償?shù)碾y度和準(zhǔn)確度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種納秒級(jí)激光脈沖再生放大器，在保 證再生放大器穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件下，降低種子激光脈沖被再生放大器 放大過(guò)程中產(chǎn)生的時(shí)間波形畸變。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種納秒級(jí)激光脈沖再生放大器，其特點(diǎn)是由后綴脈沖生成單元、 再生放大器單元和電光隔離器構(gòu)成，所述的后綴脈沖生成單元輸出的帶 后綴的激光脈沖通過(guò)光纖輸入所述的再生放大器單元，所述的再生放大 器單元輸出的激光脈沖經(jīng)所述的電光隔離器輸出。所述的后綴脈沖生成單元是由第一 3dB分束器、第二 3dB分束器、 光纖段和衰減器組成，其位置關(guān)系是種子激光脈沖輸入第一 3dB光纖分束器，該第一 3dB光纖分束器的一個(gè)輸出端與所述的第二 3dB光 纖分束器的一個(gè)輸入端相接，第一 3dB光纖分束器的另一個(gè)輸出端通 過(guò)所述的光纖段與衰減器相接，該衰減器的輸出端與所述的第二 3dB 光纖分束器的另一個(gè)輸入端相接，由所述的第二 3dB光纖分束器輸出 的帶后綴的激光脈沖是由種子激光脈沖和其后附加的后綴激光脈沖組 成的。所述的再生放大器單元包括一個(gè)光學(xué)腔，所述的帶后綴的激光脈沖 經(jīng)所述的光纖接入，并依次通過(guò)非球面凸透鏡、二分之一波片、第一法 拉第隔離器、球面凸透鏡和第二法拉第隔離器輸入所述的光學(xué)腔，所述 的光學(xué)腔由第一全反鏡、凸透鏡和第二全反鏡構(gòu)成穩(wěn)定腔，在該光學(xué)腔 內(nèi)，第一全反鏡和凸透鏡之間有第一電光開(kāi)關(guān)和四分之一波片，凸透鏡和第二全反鏡之間設(shè)置所述的增益介質(zhì)。所述的光學(xué)腔由第三全反鏡、第四全反鏡、第五全反鏡折疊。所述的電光隔離器由第一薄膜偏振片、第二電光開(kāi)關(guān)和第二薄膜偏 振片依次連接而成，所述的第一薄膜偏振片和第二薄膜偏振片的法線與 光線傳輸方向成布儒斯特角，并且第一薄膜偏振片的表面垂直于第二薄 膜偏振片的表面。通過(guò)調(diào)整所述的光纖段的長(zhǎng)度，可以改變所述的后綴激光脈沖與種 子激光脈沖之間的時(shí)間間隔。所述的再生放大器單元使用受激放大波長(zhǎng)與種子激光脈沖波長(zhǎng)相 匹配的增益介質(zhì)。所述的增益介質(zhì)使用合適的泵浦方式。所述的再生放 大器單元輸出激光信號(hào)從第二法拉第隔離器中反射出來(lái)。所述的光學(xué)腔內(nèi)包含一個(gè)電光開(kāi)關(guān)和一個(gè)四分之一波片。通過(guò)控制 激光的偏振方向的變化，實(shí)現(xiàn)所述的再生放大器對(duì)激光脈沖的導(dǎo)入與導(dǎo) 出。所述的再生放大器單元工作在近增益飽和狀態(tài)，能夠?qū)s級(jí)脈寬的激光脈沖實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的放大。通過(guò)控制所述的電光開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟的時(shí)間寬度來(lái)控制激光脈沖在所 述的光學(xué)腔內(nèi)往返放大的次數(shù)，保證所述的再生放大器單元工作在近增 益飽和狀態(tài)。所述的后綴激光脈沖與種子激光脈沖的時(shí)間間隔和脈寬必須保證 兩者一同被導(dǎo)入所述的再生放大器單元并被放大。所述的后綴激光脈沖從再生放大器輸出后被所述的電光隔離器抑制。 本發(fā)明的技術(shù)效果
本發(fā)明納秒級(jí)激光脈沖再生放大器采用在附加后綴脈沖的方法，降 低了再生放大器在放大種子激光脈沖過(guò)程中產(chǎn)生的時(shí)間波形畸變。實(shí)驗(yàn) 表明，輸入再生放大器不同時(shí)間寬度的激光脈沖，方波扭曲變化量很小， 即時(shí)間波形畸變程度比較接近。本發(fā)明在保證再生放大器穩(wěn)定運(yùn)行的前 提條件下，降低了種子激光脈沖被再生放大器放大過(guò)程中產(chǎn)生的時(shí)間波 形畸變。是一種高穩(wěn)定、低時(shí)域波形畸變的再生放大器。


圖1是本發(fā)明納秒級(jí)激光脈沖再生放大器結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明中再生放大器單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明中的電光隔離器示意圖。
圖4是本發(fā)明中后綴脈沖生成單元示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本 發(fā)明的保護(hù)范圍。
先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明納秒級(jí)激光脈沖再生放大器結(jié)構(gòu)框圖。 由圖可見(jiàn)，本發(fā)明納秒級(jí)激光脈沖再生放大器，由后綴脈沖生成單元 24、再生放大器單元1和電光隔離器2構(gòu)成，所述的后綴脈沖生成單元 24輸出的帶后綴的激光脈沖通過(guò)光纖3輸入所述的再生放大器單元1， 所述的再生放大器單元1輸出的激光脈沖經(jīng)所述的電光隔離器2輸出。
圖4是本發(fā)明中后綴脈沖生成單元示意圖。所述的后綴脈沖生成單元24是由第一3dB分束器25、第二3dB分束器26、光纖段28和衰減 器27組成，其位置關(guān)系是種子激光脈沖4輸入第一 3dB光纖分束器 25，該第一 3dB光纖分束器25的一個(gè)輸出端與所述的第二 3dB光纖分 束器26的一個(gè)輸入端相接，第一 3dB光纖分束器25的另一個(gè)輸出端通 過(guò)所述的光纖段28與衰減器27相接，該衰減器27的輸出端與所述的 3dB光纖分束器26的另一個(gè)輸入端相接，由所述的第二 3dB光纖分束 器26輸出的帶后綴的激光脈沖是由種子激光脈沖4和其后附加的后綴激 光脈沖5組成的。
圖2是本發(fā)明中再生放大器單元的結(jié)構(gòu)示意圖。所述的再生放大器 單元1包括一個(gè)光學(xué)腔7，激光信號(hào)經(jīng)所述的光纖3接入，并依次通過(guò) 非球面凸透鏡19、 二分之一波片21、第一法拉第隔離器22、球面凸透 鏡20和第二法拉第隔離器23輸入所述的光學(xué)腔7，所述的光學(xué)腔7由 第一全反鏡9、凸透鏡8和第二全反鏡10構(gòu)成穩(wěn)定腔，該光學(xué)腔內(nèi)， 在第一全反鏡9和凸透鏡8之間有第一電光開(kāi)關(guān)14和四分之一波片15， 在凸透鏡8和第二全反鏡10之間設(shè)置所述的增益介質(zhì)6。在本實(shí)施例 種所述的光學(xué)腔7由第三全反鏡11、第四全反鏡12、第五全反鏡13折
疊，以縮小裝置的空間范圍。
參見(jiàn)圖3，圖3是本發(fā)明中的電光隔離器示意圖。所述的電光隔離 器2由第一薄膜偏振片16、第二電光開(kāi)關(guān)18和第二薄膜偏振片17依次 連接而成，所述的第一薄膜偏振片16和第二薄膜偏振片17的法線與光 線傳輸方向成布儒斯特角，并且第一薄膜偏振片16的表面垂直于第二薄 膜偏振片17的表面。
輸入本發(fā)明再生放大器的種子激光脈沖和后綴激光脈沖之間的時(shí)間間隔的必須滿足兩點(diǎn)1、種子激光脈沖和后綴脈沖組成的帶后綴的 激光脈沖能夠完整地被導(dǎo)入再生放大器單元1; 2、由于后綴脈沖從再生放大器中輸出之后，被光電隔離器2消除，所以該時(shí)間間隔必須大于 第二電光開(kāi)關(guān)(18)的下降沿時(shí)間。通過(guò)調(diào)整光纖段8的長(zhǎng)度，以獲得合 適種子激光脈沖和后綴激光脈沖之間的時(shí)間間隔；控制衰減器27的衰 減倍數(shù)，以調(diào)整后綴脈沖相對(duì)于種子激光的相對(duì)幅度。接入兩路電觸發(fā) 信號(hào)，分別觸發(fā)增益介質(zhì)6泵浦和再生放大器單元1的第一電光開(kāi)關(guān) 14，并保證在激光信號(hào)到來(lái)時(shí)增益介質(zhì)6具有合適的上能級(jí)粒子數(shù)；保 證在輸入激光脈沖第一次往返通過(guò)第一電光開(kāi)關(guān)14后隨即觸發(fā)其打 開(kāi)。通過(guò)第一電光開(kāi)關(guān)14打開(kāi)時(shí)間寬度控制激光脈沖在再生放大器內(nèi) 往返放大的次數(shù)，以保證再生放大器單元1工作在近增益飽和狀態(tài)，此 時(shí)可以獲得最大輸出激光脈沖能量。再生放大器單元1輸出的激光脈沖 隨即入射電光隔離器2。第二電光開(kāi)關(guān)18不打開(kāi)時(shí)，第一薄膜偏振片 16和第二薄膜偏振片17透光偏振方向正交，激光信號(hào)不能通過(guò)光電隔 離器2;第二電光開(kāi)關(guān)18打開(kāi)時(shí)，激光信號(hào)通過(guò)它，偏振方向旋轉(zhuǎn)90 ° ，所以，激光信號(hào)將通過(guò)光電隔離器2。調(diào)整第二電光開(kāi)關(guān)18打開(kāi) 的時(shí)間和時(shí)間寬度，保證種子激光脈沖4通過(guò)，以消除后綴脈沖5?？?以使用方波激光脈沖作為種子激光脈沖，測(cè)量再生放大器輸出激光脈沖 的方波扭曲，以驗(yàn)證該發(fā)明對(duì)時(shí)域波形畸變的改善作用。舉例 一個(gè)激光二極管泵浦的Nd: YLF再生放大器。使用激光二 極管泵浦，增益介質(zhì)6是Nd: YLF晶體，受激放大波長(zhǎng)為1053nm。 種子激光脈沖波長(zhǎng)為1053nm，最大脈寬3ns。光學(xué)腔7的腔長(zhǎng)為4m，激光脈沖在腔內(nèi)往返一周時(shí)間為27ns，種子激光脈沖4為3ns方波激光 脈沖。第一電光開(kāi)關(guān)14上升沿為9ns，后綴脈沖5為3ns方波激光脈沖， 后綴脈沖5與種子激光脈沖4之間的時(shí)間間距為llns。采用該發(fā)明后， 在近增益飽和狀態(tài)下，再生放大器的方波扭曲由1.33降至1.17。
權(quán)利要求
1、一種納秒級(jí)激光脈沖再生放大器，其特征在于由后綴脈沖生成單元(24)、再生放大器單元(1)和電光隔離器(2)構(gòu)成，所述的后綴脈沖生成單元(24)輸出的帶后綴的激光脈沖通過(guò)光纖(3)輸入所述的再生放大器單元(1)，所述的再生放大器單元(1)輸出的激光脈沖經(jīng)所述的電光隔離器(2)輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的再生放大器，其特征在于所述的后綴脈 沖生成單元(24)是由第一 3dB分束器(25)、第二 3dB分束器(26)、光纖 段(28)和衰減器(27)組成，其位置關(guān)系是種子激光脈沖(4)輸入第一 3dB 光纖分束器(25)，該第一 3dB光纖分束器(25)的一個(gè)輸出端與所述的第 二 3dB光纖分束器(26)的一個(gè)輸入端相接，第一 3dB光纖分束器(25)的 另一個(gè)輸出端通過(guò)所述的光纖段(28)與衰減器(27)相接，該衰減器(27) 的輸出端與所述的3dB光纖分束器(26)的另一個(gè)輸入端相接，由所述的 第二 3dB光纖分束器(26)輸出的帶后綴的激光脈沖是由種子激光脈沖(4) 和其后附加的后綴激光脈沖(5)組成的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的再生放大器，其特征在于所述的再生放 大器單元(1)包括一個(gè)光學(xué)腔(7)，激光信號(hào)經(jīng)所述的光纖(3)接入，并依 次通過(guò)非球面凸透鏡(19)、 二分之一波片(21)、第一法拉第隔離器(22)、 球面凸透鏡(20)和第二法拉第隔離器(23)輸入所述的光學(xué)腔(7)，所述的 光學(xué)腔(7)由第一全反鏡(9)、凸透鏡(8)和第二全反鏡(10)構(gòu)成穩(wěn)定腔， 該光學(xué)腔內(nèi)，在第一全反鏡(9)和凸透鏡(8)之間有第一電光開(kāi)關(guān)(14)和四分之一波片(15)，在凸透鏡(8)和第二全反衛(wèi)10)之間設(shè)置所述的增益介 質(zhì)(6)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的再生放大器，其特征在于所述的光學(xué)腔 (7)由第三全反鏡(11)、第四全反鏡(12)、第五全反鏡(13)折疊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的再生放大器，其特征在于所述的電光隔 離器(2)由第一薄膜偏振片(16)、第二電光開(kāi)關(guān)(18)和第二薄膜偏振片(17) 依次連接而成，所述的第一薄膜偏振片(16)和第二薄膜偏振片(17)的法 線與光線傳輸方向成布儒斯特角，并且第一薄膜偏振片(16)的表面垂直 于第二薄膜偏振片(17)的表面。
全文摘要
一種納秒級(jí)激光脈沖再生放大器，其特點(diǎn)是由后綴脈沖生成單元、再生放大器單元和電光隔離器構(gòu)成，所述的后綴脈沖生成單元輸出的帶后綴的激光脈沖通過(guò)光纖輸入所述的再生放大器單元，所述的再生放大器單元輸出的激光脈沖經(jīng)所述的電光隔離器輸出。本發(fā)明通過(guò)在再生放大器單元輸入帶后綴的激光脈沖的方法，降低放大后的種子激光脈沖的波形畸變，可以實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定，低時(shí)域波形畸變的脈沖放大。
文檔編號(hào)G02F1/35GK101262111SQ200810035178
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者姜有恩, 朱健強(qiáng), 李學(xué)春, 雪 潘, 王江峰, 王艷海, 薇 范, 輝 韋, 巖 鮑 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所