專利名稱：高功率激光裝置的相位調(diào)制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高功率激光裝置，特別是一種用于高功率激光裝置 的相位調(diào)制裝置，該裝置對保護(hù)高功率激光裝置運(yùn)行的可靠性和安全性 具有重要的作用。在高功率激光裝置中，為了有效地抑制受激布里淵散射(SBS)造成 的大口徑光學(xué)元件損壞，提高高功率激光裝置的運(yùn)行通量水平，需要引 入相位調(diào)制對激光脈沖進(jìn)行頻譜展寬，以保證在大能量運(yùn)行情況下裝置 的安全性和可靠性。相位調(diào)制單元引入后，系統(tǒng)的安全性得到了提高， 但同時(shí)也要求調(diào)制單元有很好的可靠性。這就需要對相位調(diào)制單元做實(shí) 時(shí)檢測和控制， 一旦檢測到光譜未被展寬，應(yīng)能立即切斷光路，使沒有 展寬的光脈沖無法進(jìn)入裝置以后各級，從而保護(hù)高功率激光裝置的運(yùn)行 的可靠性和安全性。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供 一種高功率激光裝置的相位調(diào)制裝置，確保高功率激光裝置運(yùn)行的可靠 性和安全性。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下--種高功率激光裝置的相位調(diào)制裝置，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括沿主 光路依次是第 一光纖分束器、波導(dǎo)位相調(diào)制器、第二光纖分束器和波導(dǎo) 強(qiáng)度調(diào)制器，所述的第一光纖分束器的分路經(jīng)第一光纖光柵濾波器接電路控制器的第一輸入端，所述的第二光纖分束器的分路經(jīng)第二光纖光柵 濾波器接所述的電路控制器的第二輸入端，該電路控制器的輸出端經(jīng)脈 沖發(fā)生器接所述的波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器，所述的電路控制器由兩路結(jié)構(gòu)相同 的電路組成第一路由依次連接的第一輸入端、第一光電轉(zhuǎn)換器、第一 積分器、第一低通濾波器、第一放大器和比較器組成，第二路由依次連 接的第二輸入端、第二光電轉(zhuǎn)換器、第二積分器、第二低通濾波器、第 二放大器和所述的比較器組成，所述的比較器的輸出接所述的脈沖發(fā)生 器。所述的第一光纖光柵濾波器和第二光纖光柵濾波器是一個(gè)窄帶的 光纖光柵濾波器。所述的第一積分器和第二積分器是電流積分器。所述的比較器是遲滯比較器。本實(shí)用新型的工作原理是本實(shí)用新型高功率激光裝置的相位調(diào)制裝置連接在高功率激光裝 置的主光路中，前級的脈沖信號光經(jīng)過第一光纖分束器被分成兩路一 路沿主光路進(jìn)入波導(dǎo)位相調(diào)制器進(jìn)行位相展寬，另一分路經(jīng)第一光纖光 柵濾波器接電路控制器的第一輸入端，經(jīng)波導(dǎo)位相調(diào)制器后的位相展寬 的脈沖信號光進(jìn)入第二光纖分束器，又被分成兩路 一路沿主光路進(jìn)入 波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器，第二光纖分束器輸出的另一分路經(jīng)第二光纖光柵濾波 器接電路控制器的第二輸入端，經(jīng)第一光纖光柵濾波器輸入所述的電路 控制器的第一輸入端的是未經(jīng)波導(dǎo)位相調(diào)制器位相展寬的脈沖信號光， 經(jīng)第二光纖光柵濾波器輸入所述的電路控制器的第二輸入端是經(jīng)過波導(dǎo)位相調(diào)制器位相展寬的脈沖信號光，二者在電路控制器內(nèi)進(jìn)行差分比 較。最后由電路控制器輸出判斷后的結(jié)果，即輸出一個(gè)控制信號。情況 正常時(shí)，即由第二光纖光柵濾波器輸入所述的電路控制器的第二輸入端 確是經(jīng)過波導(dǎo)位相調(diào)制器位相展寬的脈沖信號光，則電路控制器輸出一 個(gè)負(fù)電平控制信號，該控制信號控制所述的脈沖發(fā)生器不產(chǎn)生一門電脈 沖，波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器正常工作，主光路處于導(dǎo)通狀態(tài)。情況反常時(shí)，即 波導(dǎo)位相調(diào)制器2工作不正常時(shí)，即由第二光纖光柵濾波器輸入所述的 電路控制器的第二輸入端確是經(jīng)過波導(dǎo)位相調(diào)制器的但是未經(jīng)位相展 寬的脈沖信號光，則電路控制器的比較器輸出一個(gè)正電平控制信號，該 控制信號控制所述的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一門電脈沖，進(jìn)而通過波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào) 制器關(guān)閉主光路。因而確保了高功率激光裝置運(yùn)行的可靠性和安全性。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、 采用了窄帶的光纖光柵濾波器進(jìn)行展寬脈沖光的判斷，而傳統(tǒng) 的方法是利用空間濾波器對展寬脈沖光進(jìn)行判斷。由于新 -代高功率激 光裝置采用的是全光纖結(jié)構(gòu)，因此采用光纖光柵濾波器進(jìn)行判斷，銜接 更容易，損耗也小。2、 采用了兩束光路差分比較的方式， 一路為系統(tǒng)正常工作的脈沖 光，另一路為用于進(jìn)行比較和判斷的脈沖光。兩路光經(jīng)過同步處理，然 后進(jìn)行比較判斷，從而達(dá)到實(shí)時(shí)檢測的作用。 一旦檢測到位相調(diào)制器工 作不正常時(shí)，即由電路控制部分輸出一控制信號，將主光路關(guān)閉，從而 達(dá)到實(shí)時(shí)控制的作用。3、 電路控制器中采用了一種電流積分器。傳統(tǒng)積分器的構(gòu)成是由運(yùn)算放大器和反饋電容構(gòu)成，這種電壓型積分器在高頻情況下，很容易 與導(dǎo)線產(chǎn)生的寄生電感形成自激振蕩，干擾正常的工作信號。4、實(shí)踐表明，本實(shí)用新型裝置對保護(hù)高功率激光裝置運(yùn)行的可靠 性和安全性具有重要的作用。


圖1是本實(shí)用新型高功率激光裝置的相位調(diào)制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型電路控制器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的積分器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限 制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。先請參閱圖1和圖2，圖1是本實(shí)用新型高功率激光裝置的相位調(diào) 制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本實(shí)用新型電路控制器結(jié)構(gòu)不意圖。由圖可見，本實(shí)用新型高功率激光裝置的相位調(diào)制裝置的構(gòu)成包括沿主光路依次是第一光纖分束器1、波導(dǎo)位相調(diào)制器2、第二光纖分束器3和波 導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器4，所述的第一光纖分束器1的分路經(jīng)第一光纖光柵濾波 器5接電路控制器6的第一輸入端，所述的第二光纖分束器3的分路經(jīng) 第二光纖光柵濾波器7接所述的電路控制器6的第二輸入端，所述的電 路控制器6的輸出端經(jīng)脈沖發(fā)生器8接所述的波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器4，所述 的電路控制器6由兩路結(jié)構(gòu)相同的電路組成第一路由依次連接的第一 輸入端、第一光電轉(zhuǎn)換器6—1、第一積分器6—2、第一低通濾波器6— 3、第一放大器6—4和比較器6—9組成，第二路由依次連接的第二輸入 端、第二光電轉(zhuǎn)換器6—5、第二積分器6—6、第二低通濾波器6—7、 第二放大器6—8和所述的比較器6—9組成，所述的比較器6—9的輸出 端接所述的脈沖發(fā)生器8。高功率激光裝置產(chǎn)生的脈沖光經(jīng)過波導(dǎo)位相調(diào)制器2和波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào) 制器4后通向后續(xù)裝置。為了檢測波導(dǎo)位相調(diào)制器2是否工作正常，即 是否將脈沖光進(jìn)行了位相展寬，通過第一光纖分束器1和第二光纖分束器3將光路進(jìn)行分束，分別得到兩路光束，用于進(jìn)行檢測位相調(diào)制器2是否正常工作。其中通過第一光纖分束器1分出一束光是沒有經(jīng)過波導(dǎo)位相調(diào)制器2而直接進(jìn)入第一光纖光柵濾波器5的。而經(jīng)過波導(dǎo)位相調(diào) 制器2的脈沖光由第二光纖分束器3分出一束光的位相得到了展寬，由 單頻脈沖光轉(zhuǎn)換成了寬譜脈沖光。展寬后的脈沖光經(jīng)過第二光纖分束器 3，又分為兩束光路，其中一路為通向激光器后續(xù)裝置的主光路，另一束 為用于進(jìn)行比較和判斷的待測光路。將沒有經(jīng)過位相調(diào)制的信號光與經(jīng) 過了位相調(diào)制的待測信號光分別接入第一光纖光柵濾波器5或第二光纖 光柵濾波器7，再一同接入電路控制器6，最后由電路控制器6輸出判斷 后的結(jié)果。由于經(jīng)過了位相調(diào)制的脈沖光通過第二光纖光柵濾波器7后 的幅度要高于沒經(jīng)過位相調(diào)制通過第一光纖光柵濾波器5后的脈沖光的 幅度。因此，在波導(dǎo)位相調(diào)制器2工作正常的情況下，由第二路的第二 輸入端、第二光電轉(zhuǎn)換器6—5、第二積分器6—6、第二低通濾波器6— 7、第二放大器6—8和所述的比較器6—9組成的第二路信號的幅度要高 于由第一輸入端、第一光電轉(zhuǎn)換器6—1、第一積分器6—2、第一低通濾 波器6—3、第一放大器6—4和比較器6—9組成的第一路信號的幅度， 比較器6—9輸出負(fù)電平，脈沖發(fā)生器8不工作，即不產(chǎn)生觸發(fā)信號，波 導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器4正常工作，主光路處于導(dǎo)通狀態(tài)。相反，當(dāng)波導(dǎo)位相調(diào) 制器2工作不正常時(shí)，比較器輸出正電平。由這個(gè)正電平信號來控制后 續(xù)脈沖發(fā)生器8產(chǎn)生一個(gè)脈沖觸發(fā)信號，控制波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器4關(guān)閉主 光路，從而形成一個(gè)閉環(huán)反饋控制回路。所述的光電轉(zhuǎn)換器6—1采用的是一種高速光電探測器，它可以將 3ns的短脈沖信號光轉(zhuǎn)換成電信號，轉(zhuǎn)換后的電信號仍然是脈沖寬度為 3ns的電脈沖信號;所述的第一積分器6—2采用的是一種電流積分電路， 其具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。光電二極管6—1的負(fù)極接直流電源正極6—2一l將光脈沖信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，轉(zhuǎn)換得到的電流信號直接對電容6—2—2進(jìn)行充電，同時(shí)，與電容并聯(lián)的電阻6—2—3構(gòu)成了一個(gè)放電回路。這種直接由電容和電阻構(gòu)建的電流積分器克服了由運(yùn)算放大器構(gòu)成 的積分器給電路所帶來的多余的噪聲。因?yàn)樵诟哳l情況下，由電容、運(yùn)算放大器及寄生電感很容易產(chǎn)生振蕩，干擾正常的信號。第一積分器6 一2后是第一低通濾波器6—3，用于濾除高頻噪聲，從而得到一個(gè)緩慢 而平滑的信號。經(jīng)過電流積分器6—2后信號幅度會有所下降，放大器6 一4將對積分后的信號進(jìn)行幅值放大，其中所述的放大器，即運(yùn)算放大 器采用的是高帶寬低漂移高速放大器，適當(dāng)?shù)倪x取電阻阻值，使其增益 為10，即信號幅度被放大10倍。比較器采用的是高速比較器，為了避 免輸入信號在門限值附近有微小的干擾，輸出電壓就會產(chǎn)生相應(yīng)的抖動(dòng)， 因此采用了一種遲滯比較器。這樣，當(dāng)輸出狀態(tài)一旦轉(zhuǎn)換，只要在跳變 電壓附近的干擾不超過AU之值內(nèi)，輸出電壓的值就將是穩(wěn)定的。最后 由比較器輸出的控制信號去控制脈沖發(fā)生器。脈沖發(fā)生器8可以產(chǎn)生一 個(gè)脈沖信號從而控制波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器4，以實(shí)現(xiàn)光纖鏈路的導(dǎo)通或關(guān)閉。
權(quán)利要求1、一種高功率激光裝置的相位調(diào)制裝置，特征在于其構(gòu)成包括沿主光路依次是第一光纖分束器(1)、波導(dǎo)位相調(diào)制器(2)、第二光纖分束器(3)和波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器(4)，所述的第一光纖分束器(1)的分路經(jīng)第一光纖光柵濾波器(5)接電路控制器(6)的第一輸入端，所述的第二光纖分束器(3)的分路經(jīng)第二光纖光柵濾波器(7)接所述的電路控制器(6)的第二輸入端，所述的電路控制器(6)的輸出端經(jīng)脈沖發(fā)生器(8)接所述的波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器(4)，所述的電路控制器(6)由兩路結(jié)構(gòu)相同的電路組成第一路由依次連接的第一輸入端、第一光電轉(zhuǎn)換器(6-1)、第一積分器(6-2)、第一低通濾波器(6-3)、第一放大器(6-4)和比較器(6-9)組成，第二路由依次連接的第二輸入端、第二光電轉(zhuǎn)換器(6-5)、第二積分器(6-6)、第二低通濾波器(6-7)、第二放大器(6-8)和所述的比較器(6-9)組成，所述的比較器(6-9)的輸出接所述的脈沖發(fā)生器(8)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的所述的高功率激光裝置的相位調(diào)制裝置，其 特征在于所述的第一光纖光柵濾波器和第二光纖光柵濾波器是一個(gè)窄 帶的光纖光柵濾波器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的所述的高功率激光裝置的相位調(diào)制裝置，其 特征在于所述的第一積分器和第二積分器是電流積分器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1的所述的高功率激光裝置的相位調(diào)制裝置，其 特征在于所述的比較器是遲滯比較器。
專利摘要一種高功率激光裝置的相位調(diào)制裝置，構(gòu)成包括沿主光路依次是第一光纖分束器、波導(dǎo)位相調(diào)制器、第二光纖分束器和波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器，所述的第一光纖分束器的分路經(jīng)第一光纖光柵濾波器接電路控制器的第一輸入端，所述的第二光纖分束器的分路經(jīng)第二光纖光柵濾波器接所述的電路控制器的第二輸入端，該電路控制器的輸出端經(jīng)脈沖發(fā)生器接所述的波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器，本實(shí)用新型的特點(diǎn)是整個(gè)裝置為全光纖結(jié)構(gòu)，銜接比較容易；電路控制器的處理時(shí)間短，并且具有高頻穩(wěn)定性。該裝置對保護(hù)高功率激光裝置運(yùn)行的可靠性和安全性具有重要的作用。
文檔編號G02F1/35GK201174499SQ20082005637
公開日2008年12月31日 申請日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者姜有恩, 李國揚(yáng), 李學(xué)春, 王江峰, 王艷海, 巖 鮑 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所