一種寬帶調頻脈沖激光波形測試裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種寬帶調頻脈沖激光波形的測試裝置。被測調頻脈沖平行激光束依次穿過光衰減器、透鏡，然后垂直入射到光電管的光感應面轉換成電脈沖信號；電脈沖信號通過電纜輸出到基于半導體激光器的直調光調制器的射頻輸入端；直調光調制器將電脈沖信號調制成光脈沖信號輸出，光脈沖信號經光纖耦合及長距離光纖傳輸至光電探測器，光電探測器輸出的電信號通過電纜進入示波器。本實用新型具有高可靠性，信息可長距離光纖傳輸，便于利用光纖時分復用傳輸技術實現甚多束光路測量系統的集成，可有效降低系統的運行成本，特別適用于大型高功率激光裝置寬帶調頻脈沖時間波形的測試。
【專利說明】一種寬帶調頻脈沖激光波形測試裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于高功率激光測試【技術領域】，具體涉及一種適用于甚多束大型高功率激光裝置寬帶調頻脈沖激光波形的測試裝置。
【背景技術】
[0002]在大型高功率激光驅動器中，為了抑制橫向受激布里淵散射效應以及滿足光譜色散平滑技術的要求，脈沖激光采用寬帶調頻脈沖，其光譜結構為離散分布的梳狀光譜。高功率激光系統中一方面由于各種色散元件的影響，寬帶調頻脈沖光束截面上空間各局部(或點)的時間特性并不一致，也與全口徑光束的時間特性存在差異；另一方面，由于調頻脈沖具有很強的時譜關聯性，光譜成分的微弱失衡將導致脈沖波形出現調制。與寬帶調頻脈沖不同，窄帶脈沖由于光譜結構單一，其光束截面上空間各局部(或點)的時間特性一致，并與全口徑光束的時間特性一致。
[0003]目前，大型高功率激光裝置輸出納秒脈沖波形測量方法有兩種，一種方法是采用光電管和高帶寬數字示波器，這種方法在面對寬帶調頻脈沖時，可以接收全口徑光束并獲得波形，但是受限于示波器一個通道只能測量單路光束以及電纜的帶寬和色散，在同時面對多束數、多診斷點的大型激光裝置時，采用電纜傳輸不利于信息的長距離傳輸和系統集成，并且由于需要使用多臺示波器導致裝置運行成本高昂；另一種方法是通過光纖取樣及時分復用的光傳輸技術并結合超快光電探測器和高帶寬示波器實現多束激光脈沖波形的同步集中測量，即示波器單個通道可以同時測量多路光束，這種方法利于實現信息的長距離傳輸和系統集成，并可大幅降低激光裝置的運行成本，但是這種方法在面對寬帶調頻脈沖時，由于光纖取樣方式為光束截面局部或點取樣，所獲得的波形信息不能準確反映全口徑光束的時間特性，因此上述兩種納秒脈沖波形測量方法的應用范圍受到限制。而且，面對高功率激光裝置寬帶調頻脈沖波形測量，與之有關的報道只有光纖與激光耦合取樣方面的專利，均為局部或點取樣，未見其它報道。如錐光下耦合取樣，名稱為《高功率激光注入光纖耦合裝置》的中國實用新型專利(專利號:ZL200720078801);如近場成像平行光下耦合，名稱為《一種用于高功率激光測試系統的光纖耦合方法》的中國發明專利(專利號:ZL200910215304.9)。
【發明內容】
[0004]為了克服現有納秒脈沖波形測量方法在面對甚多束大型激光裝置輸出的寬帶調頻脈沖激光的波形測量時，不能同時實現全口徑光束波形測量和信息長距離傳輸的缺陷，本實用新型提供了一種寬帶調頻脈沖激光波形的測試裝置。
[0005]本實用新型的寬帶調頻脈沖激光波形的測試裝置包括:被測調頻脈沖平行激光束依次穿過光衰減器、透鏡，然后垂直入射到光電管的光感應面轉換成電脈沖信號；電脈沖信號通過電纜輸出到基于半導體激光器的直調光調制器的射頻輸入端；直調光調制器將電脈沖信號調制成光脈沖信號輸出，光脈沖信號經光纖耦合及長距離光纖傳輸至光電探測器，光電探測器輸出的電信號通過電纜進入示波器。
[0006]本實用新型的寬帶調頻脈沖激光波形的測試裝置中的光電管輸出電脈沖信號功率小于直調光調制器輸入I dB壓縮點；直調光調制器調制帶寬大于光電管響應帶寬；光電管輸出阻抗與直調光調制器輸入阻抗滿足阻抗相匹配原則。
[0007]本實用新型的寬帶調頻脈沖激光波形的測試裝置具有高可靠性，信息可長距離光纖傳輸，便于利用光纖時分復用傳輸技術實現甚多束光路測量系統的集成，可有效降低系統的運行成本，特別適用于大型高功率激光裝置寬帶調頻脈沖時間波形的測試。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型的寬帶調頻脈沖激光波形的測試裝置的原理示意圖；
[0009]圖1中，1.光衰減器，2.透鏡，3.光電管，4.直調光調制器，5.可變光纖衰減器，6.光電探測器，7.示波器。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細描述，但不應以此限制本實用新型的保護范圍。
[0011]圖1中，被測高功率寬帶調頻脈沖平行激光束依次經過光衰減器1、透鏡2會聚，且全口徑光束垂直入射并充滿光電管3光感應面，輸出電脈沖作為調制信號通過高速電纜輸入至直調光調制器4射頻輸入端，直調光調制器4輸出窄帶脈沖激光，其波形與被測寬帶調頻脈沖激光波形一致，并通過光纖傳輸至可變光纖衰減器5，衰減后，窄帶光脈沖通過光纖輸入至光電探測器6，輸出電脈沖信號再通過電纜進入示波器7。直調光調制器4輸入調制電信號功率小于其輸入I dB壓縮點；直調光調制器4調制帶寬大于光電管3響應帶寬；光電管3輸出端阻抗與直調光調制器4調制輸入阻抗相匹配；可變光纖衰減器5衰減后輸出光功率小于光電探測器6飽和功率；光電探測器6輸出阻抗與不波器7通道阻抗相匹配。
[0012]本實用新型的技術解決方案基于以下原理:
[0013]以被測寬帶調頻脈沖平行激光束口徑為D=50mm，1Hz, 1053nm，3ns方波；透鏡2焦距為=300mm ;所使用的光電管3光感應面口徑為d=10mm，帶寬:6G，輸出阻抗:；直調光調制器4:DFB激光器，輸出波長:1330nm，調制帶寬>10G，調制輸入阻抗:；光電探測器6的型號:Newfocus 1554B，帶寬12G，CW飽和功率:lmW，輸出阻抗:；電纜帶寬:18G ;示波器7帶覽:8G,輸入阻抗:，為例加以說明。
[0014]首先，根據被測寬帶調頻脈沖平行激光束口徑、透鏡2焦距和光電管3光感應面口徑大小確定透鏡2與光電管3感光面之間的距離h ；
[0015]入射平行光口徑為D，透鏡2出射光任意截面口徑為:，為了保證全口徑入射光全部進入光電管3光感應面，在光感應面處光束截面口徑必須滿足；另一方面為了保證入射光束盡可能地充滿光電管3光感應面,在光感應面處光束截面口徑必須接近光感應面口徑大小，本例中由于d=10mm，當，則透鏡2與光電管3感光面之間的距離為:，因此，。
[0016]根據直調光調制器4的輸入I dB壓縮點值來確定入射光脈沖經光電管3光電轉換后輸出電脈沖信號的最大幅度值；
[0017]輸入I dB壓縮點定義為調制器射頻端輸入最大功率。本例中直調光調制器4的輸入I dB壓縮點值為:20dbm，即，面對的調制輸入阻抗，則10mW的輸入功率對應的幅度值為，因此，光電管3最大輸出信號幅度值為2.24V。
[0018]根據直調光調制器4的輸出光功率以及光電探測器6的飽和功率確定在直調光調制器4和光電探測器6之間是否加入可變光纖衰減器5 ；
[0019]本實施例中直調光調制器4在偏置電流10mA下，其輸出連續光功率>8mW，在偏置電流75mA下，其輸出連續光功率?4.9mW，而光電探測器6的CW飽和功率為:lmW。因此加入可變光纖衰減器5。
[0020]根據以上分析，選取透鏡2至光電管3感光面之間的距離h=250mm，則感光面上光斑大小為，確保全口徑光束進入光電管3并盡量充滿光感應面；直調光調制器4的調制輸入阻抗和光電管3輸出阻抗均為，滿足阻抗匹配原則；光電探測器6輸出阻抗與示波器7通道輸入阻抗均為，也滿足阻抗匹配原則；直調光調制器4帶寬大于光電管3帶寬。
[0021]本實施例中，通過選擇光衰減器I衰減倍率，使得光電管3輸出電脈沖幅度值
1.9V，小于直調光調制器4的輸入I dB壓縮點值；直調光調制器4的偏置電流設置為75mA，用光功率計監測可變光纖衰減器5光輸出，并調節可變光纖衰減器5，選擇可變光纖衰減器5輸出連續光功率為0.75mff,小于光電探測器6的CW飽和功率，則光電探測器6輸出電信號通過電纜進入示波器7，波形幅度值為0.93V。
[0022]這樣，1053nm、3ns入射寬帶調頻脈沖光波形，電幅度值1.9V,無失真轉換為1330nm、3ns窄帶脈沖光波形，幅度值為0.93V。由于光纖采用單模光纖，可以長距離無失真地傳輸光信號，實現長距離遠端測量。
[0023]因此，通過將光電管與基于半導體激光器的直接調制技術相結合實現寬帶調頻脈沖轉換為窄帶脈沖進行波形測量，并利用光纖進行信號傳輸，可以克服全口徑光束波形測量與測量信號遠距離傳輸的矛盾，便于大型激光裝置甚多束光路通過時分復用技術實現同步集中測量。
[0024]衰減器I采用1053nm的吸收玻璃,配有不同衰減倍率的衰減片,各衰減片均可獨立在光路中進出切換；透鏡2采用光學透明材料制作；所述透鏡鏡架均可橫、縱向調節；光電管3放置在四維調節架上，可橫、縱向以及角度調節。
【權利要求】
1.一種寬帶調頻脈沖激光波形測試裝置，其特征是:被測調頻脈沖平行激光束依次穿過光衰減器(1)、透鏡(2)，然后垂直入射到光電管(3)的光感應面轉換成電脈沖信號；電脈沖信號通過電纜輸出到基于半導體激光器的直調光調制器(4)的射頻輸入端；直調光調制器(4)將電脈沖信號調制成光脈沖信號輸出，光脈沖信號經光纖耦合及長距離光纖傳輸至光電探測器(6),光電探測器(6)輸出的電信號通過電纜進入不波器(7)。
2.根據權利要求1所述的寬帶調頻脈沖激光波形測試裝置，其特征是:所述光電管(3)輸出的電脈沖信號功率小于直調光調制器(4)輸入1 dB壓縮點。
3.根據權利要求1所述的寬帶調頻脈沖激光波形測試裝置，其特征是:所述直調光調制器(4)調制帶寬大于光電管(3)響應帶寬。
4.根據權利要求1所述的寬帶調頻脈沖激光波形測試裝置，其特征是:所述光電管(3)輸出阻抗與直調光調制器(4)輸入阻抗滿足阻抗相匹配原則。
【文檔編號】G01J11/00GK204128693SQ201420652805
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】董軍, 彭志濤, 孫志紅, 胡東霞, 朱啟華, 鄭奎興, 盧宗貴, 夏彥文, 元浩宇, 張波, 唐軍, 呂嘉坤, 劉華 申請人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心