一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置及其能量穩(wěn)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置 及其能量穩(wěn)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常脈沖激光器系統(tǒng)的泵浦脈沖寬度在微秒量級，而激光脈沖的寬度在納秒量 級，或者更短。因此，在一次泵浦過程中，被放大的激光脈沖（主脈沖）與位于其前數(shù)十納 秒處的脈沖（前綴脈沖）具有相同的不穩(wěn)定特征，可視為同一發(fā)激光。
[0003] 穩(wěn)定激光脈沖能量的傳統(tǒng)方法是測量激光脈沖能量并與目標(biāo)能量比較，根據(jù)測試 能量與目標(biāo)能量的差異反饋調(diào)整光路上游的控制器或驅(qū)動電源。這種方法只能根據(jù)當(dāng)前脈 沖的能量起伏校正下一發(fā)激光脈沖，如果下一發(fā)激光脈沖的起伏規(guī)律和尺度與當(dāng)前測量激 光脈沖的起伏規(guī)律和尺度不一致時，穩(wěn)定的效果就會打折扣甚至變差。非同發(fā)次的激光脈 沖能量穩(wěn)定技術(shù)只能穩(wěn)定激光脈沖能量的平均值，不能消除激光脈沖發(fā)與發(fā)之間的能量隨 機(jī)起伏。
[0004] 郭小東公開的文獻(xiàn)"光電預(yù)偏置激光脈沖穩(wěn)幅器性能研宄"（期刊：強(qiáng)激光與粒子 束，1997年）利用激光技術(shù)領(lǐng)域的通用器件普克爾盒電光開關(guān)與偏振器組成預(yù)加動態(tài)偏置 電壓的光電可變透射率裝置來穩(wěn)定調(diào)Q激光脈沖幅度。其利用快速光電取樣門獲得激光脈 沖取樣信號，輸出一個與激光脈沖幅度成線性正比的低壓電脈沖，再經(jīng)線性電脈沖高壓放 大器放大成高壓電脈沖加載到普克爾盒電光開關(guān)電極上，高壓放大電路的線性放大區(qū)域有 限，影響能量控制精度。激光脈沖與高壓脈沖同步到達(dá)普克爾盒電光開關(guān)，激光脈沖的時間 變化會轉(zhuǎn)化為高壓驅(qū)動脈沖的時間變化，進(jìn)而反過來改變待穩(wěn)定的激光脈沖時間波形，從 而導(dǎo)致時間波形畸變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定 裝置及其能量穩(wěn)定方法，該裝置和方法利用前綴脈沖的能量起伏實(shí)現(xiàn)對主激光脈沖的能量 穩(wěn)定控制，具有同發(fā)穩(wěn)定的特征，并使主激光脈沖的時間波形不發(fā)生畸變。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置，包括主光路和取樣光路，所述主光路包 括依次設(shè)置的種子光源、普克爾盒電光開關(guān)、反射鏡，所述普克爾盒電光開關(guān)是預(yù)先施加電 壓的，所述主光路還包括削波開關(guān)，所述主光路按照種子光源發(fā)出的激光傳輸路徑依次設(shè) 置為：普克爾盒電光開關(guān)、反射鏡、削波開關(guān)，所述取樣光路包括依次設(shè)置的光強(qiáng)可調(diào)衰減 器、耦合器、光電導(dǎo)開關(guān)，所述光強(qiáng)可調(diào)衰減器設(shè)于所述反射鏡的與普克爾盒電光開關(guān)相對 的一側(cè)，所述耦合器與所述光電導(dǎo)開關(guān)通過光纖連接，所述光電導(dǎo)開關(guān)的兩端分別與普克 爾盒電光開關(guān)的兩極相連接。
[0008] 進(jìn)一步，所述主光路還包括偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延 遲器，所述主光路按照種子光源發(fā)出的激光傳輸路徑依次設(shè)置為：偏振器一、法拉第磁旋光 器、偏振器二、1/4波相位延遲器、普克爾盒電光開關(guān)、反射鏡、普克爾盒電光開關(guān)、1/4波相 位延遲器、偏振器二、法拉第磁旋光器、偏振器一、削波開關(guān)。
[0009] 進(jìn)一步，所述反射鏡鍍有反射膜，漏光率為10%。
[0010] 另，本發(fā)明還提供一種利用如上所述的基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置的激光 能量穩(wěn)定方法，包括以下步驟：
[0011] ⑴所述普克爾盒電光開關(guān)預(yù)先施加電壓％，在普克爾盒電光開關(guān)的電極存儲電 荷，然后種子光源在發(fā)出主脈沖前先發(fā)出前綴脈沖，所述前綴脈沖的持續(xù)時間為t，所述主 脈沖的持續(xù)時間為，所述前綴脈沖與主脈沖的時間間隔為t2，滿足ti< 12，前綴脈沖和主 脈沖均沿主光路傳輸，得到主激光的前綴脈沖和主激光的主脈沖，主脈沖激光能量為Ein;
[0012] (2)步驟（1)得到的主激光的前綴脈沖傳輸?shù)椒瓷溏R后，透過反射鏡的前綴脈沖 成為取樣光的前綴脈沖，被反射回主光路的為主激光的前綴脈沖，所述主激光的前綴脈沖 沿主光路第二次傳輸至偏振器一后，通過削波開關(guān)削去，所述取樣光的前綴脈沖經(jīng)過光強(qiáng) 可調(diào)衰減器的調(diào)節(jié)和耦合器的耦合后，通過光纖傳輸?shù)焦怆妼?dǎo)開關(guān)，使所述光電導(dǎo)開關(guān)電 阻值由暗阻值降低至亮阻值RAS，存儲在所述普克爾盒電光開關(guān)上的電荷通過電阻值降低的 光電導(dǎo)開關(guān)泄放，普克爾盒電光開關(guān)兩端的電壓由％降低至Vrc，即普克爾盒電光開關(guān)的實(shí) 際電壓彳1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置，包括主光路和取樣光路，所述主光路包括 依次設(shè)置的種子光源、普克爾盒電光開關(guān)、反射鏡，其特征在于，所述普克爾盒電光開關(guān)是 預(yù)先施加電壓的，所述主光路還包括削波開關(guān)，所述主光路按照種子光源發(fā)出激光的傳輸 路徑依次設(shè)置為：普克爾盒電光開關(guān)、反射鏡、削波開關(guān)，所述取樣光路包括依次設(shè)置的光 強(qiáng)可調(diào)衰減器、耦合器、光電導(dǎo)開關(guān)，所述光強(qiáng)可調(diào)衰減器設(shè)于所述反射鏡的與普克爾盒電 光開關(guān)相對的一側(cè)，所述耦合器與所述光電導(dǎo)開關(guān)通過光纖連接，所述光電導(dǎo)開關(guān)的兩端 分別與普克爾盒電光開關(guān)的兩極相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述 主光路還包括偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延遲器，所述主光路按照種 子光源發(fā)出的激光傳輸路徑依次設(shè)置為：偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相 位延遲器、普克爾盒電光開關(guān)、反射鏡、削波開關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置，其特征在于，所 述反射鏡鍍有反射膜，漏光率為10 %。
4. 一種利用如權(quán)利要求1或2任一所述的基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置的激光能 量穩(wěn)定方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 所述普克爾盒電光開關(guān)預(yù)先施加電壓％，在普克爾盒電光開關(guān)的電極存儲電荷，然 后種子光源在發(fā)出主脈沖前先發(fā)出前綴脈沖，所述前綴脈沖的持續(xù)時間為t，所述主脈沖的 持續(xù)時間為h，所述前綴脈沖與主脈沖的時間間隔為t2，滿足12，前綴脈沖和主脈沖均 沿主光路傳輸，得到主激光的前綴脈沖和主激光的主脈沖，主脈沖激光能量為Ein; (2) 步驟（1)得到的主激光的前綴脈沖傳輸?shù)椒瓷溏R后，透過反射鏡的前綴脈沖成為 取樣光的前綴脈沖，被反射回主光路的為主激光的前綴脈沖，所述主激光的前綴脈沖沿主 光路第二次傳輸至偏振器一后，通過削波開關(guān)削去，所述取樣光的前綴脈沖經(jīng)過光強(qiáng)可調(diào) 衰減器的調(diào)節(jié)和耦合器的耦合后，通過光纖傳輸?shù)焦怆妼?dǎo)開關(guān)，使所述光電導(dǎo)開關(guān)電阻值 由暗阻值降低至亮阻值RAS，存儲在所述普克爾盒電光開關(guān)上的電荷通過電阻值降低的光電 導(dǎo)開關(guān)泄放，普克爾盒電光開關(guān)兩端的電壓由\降低至Vrc，即普克爾盒電光開關(guān)的實(shí)際電 (f 壓值匕c=Kexp ，其中，C為普克爾盒電光開關(guān)的等效電容值，t為前綴脈沖的持 V J 續(xù)時間； (3) 由于主激光的前綴脈沖與主脈沖存在時間間隔t2，因此在這段時間間隔內(nèi)，所述光 電導(dǎo)開關(guān)的電阻值恢復(fù)至暗阻值，存儲在所述普克爾盒電光開關(guān)上的電荷不能通過光電導(dǎo) 開關(guān)泄放，普克爾盒電光開關(guān)的電壓恒定在Vrc; (4) 主激光的主脈沖依次經(jīng)過偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延遲 器，傳輸?shù)狡湛藸柡须姽忾_關(guān)，此時，普克爾盒電光開關(guān)的電壓在主脈沖通過期間恒定在 Vrc，主脈沖經(jīng)過普克爾盒電光開關(guān)后，傳輸?shù)椒瓷溏R，透過反射鏡的主脈沖成為取樣光的 主脈沖，被反射回主光路的為主激光的主脈沖，此時，主激光的主脈沖激光能量為〇. 9Ein， 所述主激光的主脈沖在時序關(guān)系上處于取樣光的前綴脈沖與取樣光的主脈沖之間，所述 主激光的主脈沖第二次通過普克爾盒電光開關(guān)，此時，取樣光的主脈沖尚未傳輸?shù)焦怆妼?dǎo) 開關(guān)，普克爾盒電光開關(guān)的電壓在主激光的主脈沖通過期間恒定在Vrc，之后主激光的主脈 沖依次傳輸?shù)?/4波相位延遲器、偏振器二、法拉第磁旋光器、偏振器一、削波開關(guān)輸出， 主激光的主脈沖能量被調(diào)整為，即Ewt= 0. 9T?Ein，得到能量穩(wěn)定的激光脈沖，其中 f y \ r=sin2 是主激光兩次通過普克爾盒電光開關(guān)的透射率。 V1)
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光能量穩(wěn)定方法，其特征在于，通過改變?nèi)庸饴饭?纖的長度，使所述主激光的主脈沖在時序關(guān)系上處于取樣光的前綴脈沖與取樣光的主脈沖 之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光能量穩(wěn)定方法，其特征在于，所述普克爾盒電光開 關(guān)為磷酸二氘鉀電光開關(guān)，雙程工作，1/4波電壓為3. 5kV，等效電容值C為10pF。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光能量穩(wěn)定方法，其特征在于，所述普克爾盒電光開 關(guān)預(yù)先施加電壓V〇為3. 5kV，所述透射率T為30-70 %。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光能量穩(wěn)定方法，其特征在于，所述光電導(dǎo)開關(guān)為砷 化鎵光電導(dǎo)開關(guān)，暗阻值為兆歐姆數(shù)量級，亮阻值為歐姆數(shù)量級。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置及其能量穩(wěn)定方法，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，包括主光路和取樣光路，所述主光路包括種子光源、普克爾盒電光開關(guān)、反射鏡、削波開關(guān)，所述取樣光路包括光強(qiáng)可調(diào)衰減器、耦合器、光電導(dǎo)開關(guān)，所述光電導(dǎo)開關(guān)的兩端分別與普克爾盒電光開關(guān)的兩極相連接，本發(fā)明采用普克爾盒電光開關(guān)與光電導(dǎo)開關(guān)結(jié)合，預(yù)先在普克爾盒電光開關(guān)上施加電壓，在主激光脈沖前先產(chǎn)生一個前綴脈沖，利用前綴脈沖的能量起伏去改變光電導(dǎo)開關(guān)的動態(tài)阻值，從而改變普克爾盒電光開關(guān)兩端的實(shí)際電壓及普克爾盒電光開關(guān)的透射率，實(shí)現(xiàn)對主激光脈沖的能量穩(wěn)定控制，具有同發(fā)穩(wěn)定的特征，并使主激光脈沖的時間波形不發(fā)生畸變。
【IPC分類】H01S3-13
【公開號】CN104617479
【申請?zhí)枴緾N201510076780
【發(fā)明人】謝旭東, 唐軍, 陳驥, 朱啟華, 黨釗, 唐菱, 高松, 胡東霞, 鄭萬國, 王正輝, 王超, 陳遠(yuǎn)斌, 汪凌芳, 陳林, 王方, 劉建國, 劉勇, 盧振華
【申請人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月13日