專利名稱：納秒級激光脈沖再生放大器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及激光器，特別是一種納秒級激光脈沖再生放大器。 它可實現(xiàn)高穩(wěn)定、高增益的放大，并通過附加后綴脈沖方法降低由放大 器增益飽和效應引起激光脈沖時域波形畸變。
背景技術：
用于放大納秒級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)多次放大的過程中，再生放大器自身引入的波 動隨著放大程數(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 能不斷消耗，放大器逐漸進入增益飽和狀態(tài)。在放大器進入增益飽和狀 態(tài)的過程中，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)上能級儲能的抑制而趨于穩(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，當再生放 大器工作在近增益飽和狀態(tài)時，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間波形畸變。在此我們常用的方波扭曲
(square-pulse distortion,簡稱為SPD)來表征這種由于增益飽和效應 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?通過調(diào)整種子整形激光脈沖的時域波形對其進行預補償。但是，過大的 時間波形畸變增加了預補償?shù)碾y度和準確度。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的問題是提供一種納秒級激光脈沖再生放大器， 在保證再生放大器穩(wěn)定運行的前提條件下，降低種子激光脈沖被再生放 大器放大過程中產(chǎn)生的時間波形畸變。
本實用新型的技術解決方案如下
一種納秒級激光脈沖再生放大器，其特點是由后綴脈沖生成單元、 再生放大器單元和電光隔離器構成，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光纖分束器的一個輸出端與所述的第二 3dB光 纖分束器的一個輸入端相接，第一 3dB光纖分束器的另一個輸出端通 過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光學腔，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腔，所述 的光學腔由第一全反鏡、凸透鏡和第二全反鏡構成穩(wěn)定腔，在該光學腔 內(nèi)，第一全反鏡和凸透鏡之間有第一電光開關和四分之一波片，凸透鏡
和第二全反鏡之間設置所述的增益介質(zhì)。
所述的光學腔由第三全反鏡、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、第二電光開關和第二薄膜偏 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。
通過調(diào)整所述的光纖段的長度，可以改變所述的后綴激光脈沖與種 子激光脈沖之間的時間間隔。
所述的再生放大器單元使用受激放大波長與種子激光脈沖波長相 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從第二法拉第隔離器中反射出來。
所述的光學腔內(nèi)包含一個電光開關和一個四分之一波片。通過控制 激光的偏振方向的變化，實現(xiàn)所述的再生放大器對激光脈沖的導入與導 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級脈寬
的激光脈沖實現(xiàn)穩(wěn)定的放大。
通過控制所述的電光開關的開啟的時間寬度來控制激光脈沖在所 述的光學腔內(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間間隔和脈寬必須保證 兩者一同被導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。 本實用新型的技術效果
本實用新型納秒級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程中產(chǎn)生的時間波形畸變。 實驗表明，輸入再生放大器不同時間寬度的激光脈沖，方波扭曲變化量 很小，即時間波形畸變程度比較接近。本實用新型在保證再生放大器穩(wěn) 定運行的前提條件下，降低了種子激光脈沖被再生放大器放大過程中產(chǎn) 生的時間波形畸變。是一種高穩(wěn)定、低時域波形畸變的再生放大器。


圖1是本實用新型納秒級激光脈沖再生放大器結構框圖。
圖2是本實用新型中再生放大器單元的結構示意圖。
圖3是本實用新型中的電光隔離器示意圖。
圖4是本實用新型中后綴脈沖生成單元示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本實用新型作進一歩說明，但不應以此限 制本實用新型的保護范圍。
先請參閱圖1，圖1是本實用新型納秒級激光脈沖再生放大器結構 框圖。由圖可見，本實用新型納秒級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是本實用新型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的一個輸出端與所述的第二 3dB光 纖分束器26的一個輸入端相接，第一 3dB光纖分束器25的另一個輸出 端通過所述的光纖段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是本實用新型中再生放大器單元的結構示意圖。所述的再生放 大器單元1包括一個光學腔7，激光信號經(jīng)所述的光纖3接入，并依次 通過非球面凸透鏡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輸入所述的光學腔7，所述的光學腔 7由第一全反鏡9、凸透鏡8和第二全反鏡10構成穩(wěn)定腔，該光學腔內(nèi)， 在第一全反鏡9和凸透鏡8之間有第一電光開關14和四分之一波片15， 在凸透鏡8和第二全反鏡10之間設置所述的增益介質(zhì)6。在本實施例 種所述的光學腔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。
參見圖3，圖3是本實用新型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、第二電光開關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。
輸入本實用新型再生放大器的種子激光脈沖和后綴激光脈沖之間 的時間間隔的必須滿足兩點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，所以該時間間隔必須
大于第二電光開關(18)的下降沿時間。通過調(diào)整光纖段8的長度，以獲 得合適種子激光脈沖和后綴激光脈沖之間的時間間隔；控制衰減器27 的衰減倍數(shù)，以調(diào)整后綴脈沖相對于種子激光的相對幅度。接入兩路電 觸發(fā)信號，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 關14，并保證在激光信號到來時增益介質(zhì)6具有合適的上能級粒子數(shù); 保證在輸入激光脈沖第一次往返通過第一電光開關14后隨即觸發(fā)其打 開。通過第一電光開關14打開時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。第二電光開關18不打開時，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，激光信號不能通過光電隔 離器2;第二電光開關18打開時，激光信號通過它，偏振方向旋轉90 ° ，所以，激光信號將通過光電隔離器2。調(diào)整第二電光開關18打開 的時間和時間寬度，保證種子激光脈沖4通過，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，測量再生放大器輸出激光脈沖 的方波扭曲，以驗證該發(fā)明對時域波形畸變的改善作用。
舉例 一個激光二極管泵浦的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，受激放大波長為1053nm。
種子激光脈沖波長為1053nm，最大脈寬3ns。光學腔7的腔長為4m， 激光脈沖在腔內(nèi)往返一周時間為27ns，種子激光脈沖4為3ns方波激光 脈沖。第一電光開關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。
權利要求1、一種納秒級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)的一個輸出端與所述的第 二 3dB光纖分束器(26)的一個輸入端相接，第一 3dB光纖分束器(25)的 另一個輸出端通過所述的光纖段(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)包括一個光學腔(7)，激光信號經(jīng)所述的光纖(3)接入，并依 次通過非球面凸透鏡(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)輸入所述的光學腔(7)，所述的 光學腔(7)由第一全反鏡(9)、凸透鏡(8)和第二全反鏡(10)構成穩(wěn)定腔， 該光學腔內(nèi)，在第一全反鏡(9)和凸透鏡(8)之間有第一電光開關(14)和四分之一波片(15)，在凸透鏡(8)和第二全反鏡(10)之間設置所述的增益介 質(zhì)(6)。
4、 根據(jù)權利要求3所述的再生放大器，其特征在于所述的光學腔 (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)、第二電光開關(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。
專利摘要一種納秒級激光脈沖再生放大器，其特點是由后綴脈沖生成單元、再生放大器單元和電光隔離器構成，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。本實用新型通過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，可以實現(xiàn)高穩(wěn)定，低時域波形畸變的脈沖放大。
文檔編號G02F1/35GK201210577SQ20082005658
公開日2009年3月18日 申請日期2008年3月26日 優(yōu)先權日2008年3月26日
發(fā)明者姜有恩, 朱健強, 李學春, 雪 潘, 王江峰, 王艷海, 薇 范, 輝 韋, 巖 鮑 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所