用于光脉冲整形的电脉冲整形装置

摘要

一种用于光脉冲整形的电脉冲整形装置，其构成包括：第一1×2光纤分束器、脉冲复制环、低时间分辨率强度调制器、脉冲解调环，电光隔离器，PIN管。本发明利用低时间分辨率强度调制器来实现任意波形，任意脉宽的高时间分辨率整形，又能实现注入的短脉冲与整形光脉冲的高精度的时间同步输出。

说明书

技术领域

本发明涉及光脉冲整形，特别是一种用于光脉冲整形的电脉冲整形装置，利用低时间分辨率强度调制器来实现任意波形，任意脉宽的高时间分辨率整形，又能实现注入短脉冲与整形脉冲的高精度时间同步性。其优点是调节简单，使用灵活，结构紧凑。

背景技术

目前脉冲整形技术主要分为两种技术路线，一种是基于单纵模长脉冲削波的集成波导电光调制技术，另一种基于单激光脉冲堆积技术。目前惯性约束核聚变激光驱动器的前端系统多采用基于孔径耦合带状线电脉冲(ACSL)整形装置的脉冲整形的方法，但是由于电子电路的限制，无法形成任意形状的具有快上升沿的脉冲，也无法提供时间上的高精度同步的可整形压缩脉冲和超短脉冲，且不同整形电脉冲波形需要制作不同形状耦合孔的ACSL，成本高，使用范围有限。而脉冲堆积技术虽然可以实现高精度同步的可整形压缩脉冲和超短脉冲，但是无法完全消除光脉冲堆积过程中交叠部分本身存在的干涉及其高频调制带来的系统不稳定等缺点，特别是在大功率高通量运行状态下的大口径晶体很容易被损坏。

本发明电脉冲整形装置可以利用现有的低时间分辨率强度调制器，通过对等间隔脉冲序列串的幅度进行调制，然后通过脉冲解调环来压缩脉冲序列时间间隔，使它们彼此交叠输出任意波形，任意脉宽的整形脉冲序列，通过控制电光隔离器选取所需整形脉冲，最后经过PIN管得到没有干涉和任何高频调制的整形电脉冲。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供是一种用于光脉冲整形的电脉冲整形装置，该装置的最大的优点就是利用低时间分辨率强度调制器可以实现高时间分辨率调制的任意脉宽整形脉冲，整个装置全光纤化、结构紧凑、成本低且同时实现注入短脉冲与整形脉冲的低抖动、高精度时间同步。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于光脉冲整形的电脉冲整形装置，特点在于构成包括依次相连的第一1×2光纤分束器、脉冲复制环、低时间分辨率强度调制器、脉冲解调环、电光隔离器和PIN管；

所述脉冲复制环的构成包括一个2×2端口的3dB分束器，该3dB分束器第一输入端和第一输出端构成该脉冲复制环的输入端和输出端，在该3dB分束器的第二输出端和第二输入端之间逆时针地依次串联光纤衰减器、第一光纤隔离器、2x1波分复用器、掺Yb³⁺增益光纤、第二光纤隔离器、ASE滤波器、第二1×2光纤分束器和可拆卸光纤，连续泵浦光经泵浦光隔离器与所述的2x1波分复用器的第二输入端相连，所述的第二1×2光纤分束器的第二输出端为脉冲复制环的监控端口；

所述的脉冲解调环与所述的脉冲复制环的结构相同，区别在于所述的脉冲解调环的环长小于所述的脉冲复制环的环长，根据所要叠加的相邻脉冲的时间间隔以及脉冲复制环的长度，通过可拆卸光纤来调整解调环的长度；

所述的电光隔离器由依次设置的第一薄膜偏振片、电光开关和第二薄膜偏振片构成，所述的第一薄膜偏振片和第二薄膜偏振片的法线与光线传输方向成布儒斯特角，并且第一薄膜偏振片的偏振面垂直于第二薄膜偏振片的偏振面；

所述的第一1×2光纤分束器的第一输出端与所述的脉冲复制环的输入端相连，该脉冲复制环的输出端与所述的低时间分辨率强度调制器的输入端相连，该低时间分辨率强度调制器的输出端与所述的脉冲解调环的输入端相连，该脉冲解调环的输出端的输出光与所述的电光隔离器的第一薄膜偏振片的法线呈布儒斯特角，所述的第一1×2光纤分束器的第二输出端经过光纤延时后接所述的PIN管，所述的电光隔离器的输出端接所述的PIN管。

所述的监控端口接一台光谱议。

所述脉冲复制环内的第一光纤隔离器和第二光纤隔离器用来保证环内光脉冲沿逆时针方向传输，且起到隔离反向传输的自发辐射光放大(ASE)的作用。

所述脉冲复制环内泵浦光隔离器是为了隔离环内反射光进入泵浦系统从而避免打坏泵浦光源。

所述脉冲复制环的环长是由强度调制器的时间分辨率所决定的，其时间分辨率应该远小于脉冲复制串的时间间隔。

所述脉冲复制环的监控端口是接光谱仪，通过监测光谱仪中显示的脉冲复制环内的光谱波形从而控制注入连续泵浦光的最大泵浦功率，从而保证复制环内的净增益小于1，避免环内产生激光的自激振荡。

所述PIN管的带宽，以滤除啁啾光脉冲堆积中交叠部分本身存在的高频调制为准，从而得到平滑稳定的整形电脉冲。

本发明的优点在于：

1、本发明利用低时间分辨率强度调制器实现任意波形，任意脉宽的高时间分辨率整形，打破了脉冲整形分辨率低的限制；

2、本发明通过调整强度调制器的调制函数，解调环长度以及电光开关的开启和关闭时间，同时得到不同脉宽，不同波形以及不同整形精度的脉冲，调节简单，使用灵活，结构紧凑；

3、本发明可以实现注入短脉冲与整形光脉冲的高精度时间同步输出，实验表明，时间同步精度均方根误差(rmse)优于3ps。

附图说明

图1是本发明用于光脉冲整形的电脉冲整形装置结构示意图。

图中：

1-第一1×2光纤分束器；2-脉冲复制环；3-低时间分辨率强度调制器；4-脉冲解调环；5-电光隔离器；6-PIN管；

图2是本发明脉冲复制环(或脉冲解调环)的结构示意图。

图中：

7-2×23dB分束器；8-光纤衰减器；9-第一光纤隔离器；10-连续泵浦光；11-泵浦光隔离器；12-2x1波分复用器WDM；13-掺Yb³⁺增益光纤；14-第二光纤隔离器；15-ASE滤波器；16-第二1×2光纤分束器；17-复制环监控端；18-可拆卸光纤；

图3是本发明中电光隔离器结构示意图。

图中：

19-第一薄膜偏振片；20-电光开关；21-第二薄膜偏振片；

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明用于光脉冲整形的电脉冲整形装置结构示意图。由图可见本发明用于光脉冲整形的电脉冲整形装置的构成为：由依次相连的第一1×2光纤分束器1、脉冲复制环2、低时间分辨率强度调制器3、脉冲解调环4、电光隔离器5和PIN管6构成；

参见图2，图2是本发明中的脉冲复制环结构示意图。所述脉冲复制环2的构成包括一个2×2端口的3dB分束器7，该3dB分束器7第一输入端和第一输出端构成该脉冲复制环2的输入端和输出端，在该3dB分束器7的第二输出端和第二输入端之间逆时针地依次串联光纤衰减器8、第一光纤隔离器9、2x1波分复用器12、掺Yb3+增益光纤13、第二光纤隔离器14、ASE滤波器15、第二1×2光纤分束器16和可拆卸光纤18，连续泵浦光10经泵浦光隔离器11与所述的2x1波分复用器12的第二输入端相连，所述的第二1×2光纤分束器16的第二输出端为脉冲复制环2的监控端口17，该监控端口17接一台光谱仪。

参见图3，图3是发明中的电光隔离器示意图。所述的电光隔离器5由依次设置的第一薄膜偏振片19、电光开关20和第二薄膜偏振片21构成，所述的第一薄膜偏振片19和第二薄膜偏振片21的法线与光线传输方向成布儒斯特角，并且第一薄膜偏振片19的偏振面垂直于第二薄膜偏振片21的偏振面。脉冲解调环4输出的整形脉冲序列随即入射电光隔离器5。

本发明的工作过程如下：

输入宽带啁啾短脉冲经过第一1×2光纤分束器1后分为两束，一束输入脉冲复制环2，由于环内净增益接近于1，所以可以得到一系列等间隔幅度呈指数递减的脉冲串，然后通过低时间分辨率强度调制器3对脉冲串中的每个脉冲进行幅度调制，再利用脉冲解调环4压缩调制后的脉冲串的时间间隔，使相邻脉冲相互交叠输出，得到不同脉宽，不同波形的整形脉冲序列；所述的电光开关20不打开时，第一薄膜偏振片19和第二薄膜偏振片21透光偏振方向正交，整形脉冲不能通过光电隔离器5；电光开关20打开时，光脉冲通过它，偏振方向旋转90°，所以，整形脉冲将通过光电隔离器5。调整电光开关20打开的时间和时间宽度，保证所需的整形光脉冲通过，而消除其他整形光脉冲。所述的第一1×2光纤分束器1的另一束光经过一定的光纤延时与经过电光隔离器5的整形光脉冲同时输入光电转化PIN管6，从而能够在示波器上同时显示两束脉冲，通过记录两束脉冲时间间隔抖动，从而得到注入短脉冲与整形光脉冲的时间同步精度。

实施例：应用图2所示的脉冲复制环装置，注入宽谱短脉冲采用选单后的锁模光脉冲，谱宽为4nm，中心波长1053nm，脉宽200ps，环中ASE光谱滤波器带宽为5nm，中心波长1053nm，环路长度5.836m，复制脉冲间隔为29.18ns，增益光纤1m，光纤放大器泵浦电流56mA(37mW)时，环内净增益0.956。应用图1所示的用于光光脉冲整形的电脉冲整形装置，低时间分辨率强度调制器采用AFG3102，其时间调制分辨率为1ns，调制函数为阶梯上升函数，分别对前20个等间隔200ps脉冲进行幅度调制。脉冲解调环4的参数基本与脉冲复制环一致，通过可拆卸光纤调整脉冲解调环长度从而使20个幅度调制等间隔200ps脉冲交叠堆积，脉冲间隔压缩为为0.7倍脉冲宽度，输出得到脉宽3ns的阶梯整形光脉冲，最后由电光隔离器5选出，并通过带宽14GHz的PIN管6转化为平滑的阶梯整形电脉冲。同理，通过改变AFG3102的调制函数，可以得到平顶脉冲，幅度指数上升脉冲，反高斯脉冲等整形脉冲波形。通过调整解调环的环长度，可以改变相邻脉冲的交叠间隔，从而得到不同整形精度的脉冲。此外，通过在12GHZ示波器上观测注入短脉冲与整形脉冲的时间间隔抖动，其时间同步精度均方根误差(rmse)优于3ps。