專利名稱：多路激光脈沖同步觸發裝置的制作方法
技術領域：
本發明與強激光系統有關，涉及一種包含單縱模泵浦激光器的多路激光脈沖同步觸發裝置，主要適用于以調Q激光器以及單縱模調Q激光器作為泵浦源的脈沖放大裝置。
背景技術：
在啁啾脈沖放大(CPA)的超短超強激光系統中，特別是基于Tisapphire的CPA超短超強激光系統中，通過強激光泵浦激光介質，實現粒子數反轉，此時，當待放大的種子脈沖通過激光介質時，即可實現脈沖能量放大。單縱模激光器中不存在模式競爭，具有穩定性好，光束質量高等優點，所以CPA超短超強激光系統的最后幾級放大一般用單縱模的調Q激光器泵浦。在先技術中，楊曉東等人在他們的OPCPA系統中提供一種典型的激光脈沖時間同步裝置(發明專利兩路激光脈沖同步觸發裝置，申請號00127832.0)，結構如圖1所示，包括飛秒激光振蕩器1產生一高重復頻率(75MHz)的鎖模脈沖系列經過分束板2分成兩束光，一束光射入到普克爾盒內的電光晶體3上，分出的另一束光射入到光電探測器10上，光電探測器10的輸出連接到含有信號同步模塊901和高壓發生模塊902的選脈沖驅動器9中信號同步模塊901的射頻輸入端，同時信號同步模塊901的觸發輸入端連接有信號發生器11.選脈沖驅動器9中的信號同步模塊901的輸出端同時連接有單路信號延時器8和兩路信號延時器7，單路信號延時器8的輸出端與選脈沖驅動器9中的高壓發生模塊902的輸入端相連，高壓發生模塊902的輸出端連接到普克爾盒內電光晶體3的開關上，兩路信號延時器7上有第一路輸出端701和第二路輸出端702，通常的情況下，在使用時，第一路輸出端701連接到調Q激光器5激光電源6中的閃光燈觸發601上，第二路輸出端702與調Q激光器5激光電源6中的調Q觸發602相連，通過調節延時器8的延時信號和延時器7的兩路延時信號可以實現兩路激光同步。
上述同步裝置，只能實現待放大的種子激光與一般的調Q泵浦激光器同步，由于單縱模調Q激光器的點燈信號與調Q信號之間有幾個微秒的抖動，因此直接用飛秒激光振蕩器的光信號是不能實現單縱模調Q激光器與待放大的種子光的精確同步的，并且上述裝置不能用于低重復頻率信號來同步高重復頻率信號，例如當待放大的種子脈沖頻率小于泵浦激光器頻率，而泵浦激光器又需要種子脈沖信號觸發時，就不能實現同步。
發明內容
本發明的目的是為了克服上述現有的同步裝置中所存在的不足，提供一種多路激光脈沖同步觸發裝置，它應不僅能夠實現單縱模調Q激光器與待放大的種子光的同步，還能用于低重復頻率激光器同步高重復頻率激光器。
本發明的技術解決方案如下一種多路激光脈沖同步觸發裝置，其特征在于它是由激光器、分束板、光電探測器、多路延時器、調Q激光器、單縱模調Q激光器和信號同步器組成的，其連接關系是分束板將激光器的激光束分成兩束光，分出的一束光入射到所述的光電探測器的輸入端上，該光電探測器的輸出端連接到所述的多路延時器的射頻輸入端，該多路延時器共有五路輸出第一路輸出端連接所述的調Q激光器的閃光燈觸發端；第二路輸出端連接所述的單縱模調Q激光器的LD觸發端；第三路輸出端連接信號同步器的高頻輸入端，單縱模調Q激光器的輸出信號端連接所述的信號同步器的低頻輸入端，該信號同步器的信號輸出端再連接所述的多路延時器的外觸發端；第四路延時輸出端連接調Q激光器的調Q觸發端；第五路延時輸出端連接單縱模調Q激光器的調Q觸發端。
與在先技術相比，本發明具有顯著的特點(1)通過從單縱模調Q激光器的預脈沖引出觸發信號實現了與單縱模調Q激光器精確同步，同步精度可達ns量級。而在先技術中不能實現與單縱模調Q激光器ns量級的精確同步；(2)不僅可以用高重復頻率激光器來同步觸發低重復頻率激光器，還可以用低重復頻率激光器來同步觸發高重復頻率激光器，如可以用1Hz的信號來同步10Hz的信號，而在先技術中，只能實現高重復頻率激光器同步觸發低重復頻率激光器；(3)所有激光器中的點燈和調Q由兩個信號分別觸發振蕩器信號觸發點燈，而單縱模激光器的預脈沖信號(由振蕩器信號觸發)觸發調Q，而在先技術中，點燈和調Q都是直接由振蕩器觸發的；(4)主要通過一個信號同步器來實現用低重復頻率激光器來同步觸發高重復頻率激光器，而在先技術中，沒有信號同步器，因此，不能用低重復頻率激光器來同步觸發高重復頻率激光器。
圖1為在先技術的兩路激光脈沖同步觸發裝置的線路示意圖。
圖2為本發明多路激光脈沖同步觸發裝置實施例1的線路示意圖。
圖3為本發明多路激光脈沖同步觸發裝置實施例2的線路示意圖。
圖4為本發明多路激光脈沖同步觸發裝置實施例3的線路示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。
先請參閱圖2，圖2為本發明的多路激光脈沖同步觸發裝置的線路示意圖，也是本發明實施例1的線路示意圖。由圖可見，本發明多路激光脈沖同步觸發裝置是由激光器12、分束板13、光電探測器14、多路延時器15、調Q激光器16、單縱模調Q激光器17和信號同步器18組成的，其連接關系是分束板13將激光器12的激光束分成兩束光，分出的一束光入射到所述的光電探測器14的輸入端上，另一束將被放大，該光電探測器14的輸出端連接到所述的多路延時器15的射頻輸入端1501，該多路延時器15共有五路輸出，第一路輸出端1502連接所述的調Q激光器16的閃光燈觸發端1601，第二路輸出端1503連接所述的單縱模調Q激光器17的LD觸發端1701，第三路輸出端1504連接信號同步器18的高頻輸入端1801，單縱模調Q激光器17的輸出信號端1702連接所述的信號同步器18的低頻輸入端1802，該信號同步器18的信號輸出端1803再連接所述的多路延時器15的外觸發端1505，第四路延時輸出端1506連接調Q激光器16的調Q觸發端1602，第五路延時輸出端1507連接單縱模調Q激光器17的調Q觸發端1703。
其中第二路輸出的頻率低于所述的第一，第二，第四，第五路輸出的頻率，單縱模調Q激光器17的LD觸發后產生的激光預脈沖信號被內置的光電探測器接收到，其輸出信號端1702連接信號同步器18的低頻輸入端1802上，信號同步器18產生時間與低頻輸入端信號同步，重復頻率與高頻輸入端信號相同的信號，由信號輸出端1803輸出，再連接多路延時器15的外觸發端1505，多路延時器15的第四，第五路輸出都由這個外觸發信號觸發，第四路延時輸出端1506連接調Q激光器16的調Q觸發端1602，第五路延時輸出端1507連接單縱模調Q激光器17的調Q觸發端1703。
更進一步地說，本同步裝置主要包括以下幾個部分一個光電探測器14，用于接收作為振蕩器的激光器12產生的射頻飛秒激光脈沖同時產生相同重復頻率的電信號；一臺可以分別控制各個單路延時的多路延時器15，用于產生多個延時，其中第一路延時輸出1502用于觸發調Q激光器16的閃光燈1601；第二路延時輸出1503觸發單縱模調Q激光器17的LD1701；第三路延時輸出1504用于輸入到信號同步器18；第四路延時輸出1506用于觸發調Q激光器16的調Q1602，第五路延時輸出1507用于觸發單縱模調Q激光器17的調Q1703；一個信號同步器18，用于接收兩個信號，一個較高頻率的信號和一個較低頻率的信號，較高頻率的信號由多路延時器15的第三路延時輸出端1504產生，較低頻率的信號由單縱模調Q激光器17產生，同時輸出一個與較高頻率信號重復頻率相同并與低頻率信號同步的信號。
所述的多路延時器15的工作程序如下在射頻輸入端1501輸入由飛秒激光器12產生的經光電探測器14轉換為電信號的射頻信號，而多路延時器15內部時鐘為75MHz，可以在此基礎上分出多個不同頻率的內部時鐘信號(分頻)。多路延時器15的各個輸出端的延時時間，脈沖寬度，分頻及觸發方式都是可以分別控制的。第一，第二，第三路延時輸出的觸發方式為內觸發，與射頻觸發端1501輸入的信號是同步的。第一路輸出1502觸發調Q激光器16的閃光燈1601。第三路輸出1504連接到信號同步器18的高頻輸入端1801。由于單縱模調Q激光器在單獨工作時LD觸發到調Q觸發之間在時間上有微秒量級的抖動，如果直接用飛秒振蕩器的激光脈沖系列信號同步這兩個信號，會造成單縱模調Q泵浦激光脈沖與待放大的種子光脈沖之間相應的抖動，因此，第二路輸出1503觸發單縱模調Q激光器17的LD1701，預先產生一個預脈沖光信號，這個預脈沖與LD之間存在上述的微秒量級抖動，但與調Q觸發間是同步的。由于低重復頻率脈沖信號不能觸發高重復頻率的信號，因此，必須把低重復頻率的信號通過一個信號同步器轉換成一個高重復頻率的信號。上述預脈沖信號再經內置的光電探測器轉換為電信號后連接到信號同步器18的低頻輸入端1802，由信號同步器18產生的重復頻率高頻輸入端信號相同，時間與低頻輸入端信號同步的信號。信號同步器18的輸出信號1803返回連接到多路延時器15的觸發輸入端1505作為外觸發信號，多路延時器的第四，第五路延時輸出的觸發方式為外觸發。多路延時器15的第四路延時輸出1506觸發調Q激光器16的調Q1602；第五路延時輸出1507觸發單縱模調Q激光器17的調Q1703。因此，單縱模調Q激光器17的調Q與調Q激光器16的調Q是同步的，并且這兩個激光器的點燈信號也是同步的。因此，可以實現種子激光和單縱模調Q激光器17的同步。
信號同步器18的工作程序如下單縱模調Q激光器17的預脈沖光信號經內置的光電探測器后連接到信號同步器18的低頻輸入端1802，多路延時器15的第三路延時輸出1504連接到信號同步器18的高頻輸入端1801，當信號同步器18接收到一個低頻輸入端的信號后，會在后面的時間里開啟一個門讓高頻輸入端的信號的除最后一個脈沖外的其余所有脈沖全部通過，這些通過的脈沖與原先低頻輸入端的脈沖信號組成一個新的脈沖序列，重復頻率與高頻輸入端的重復頻率相同。這樣，信號同步器18的輸出端1803輸出重復頻率與高頻輸入端信號相同，時間與單縱模調Q激光器17的預脈沖光信號同步的信號。
根據實際情況的需要，(1)多路延時器15可以接多個多縱模調Q激光器，同時控制各個激光器的同步，例如圖3所示的接兩個多縱模調Q激光器，其線路連接與圖2基本相同，只是從多路延時器15上多接出兩路1508和1509接到多接出的多縱模調Q激光器19上。輸出端1508的觸發方式為內觸發，接調Q激光器19點燈信號1901；輸出端1509的觸發方式為外觸發，接調Q激光器19調Q信號1902。若實際情況需要再多接幾個多縱模調Q激光器，其線路連接完全類似，只要再多路延時器15上再多接出幾個信號(每多接一個多縱模調Q激光器，需要多接出兩路信號，一路為內觸發，接點燈信號，一路為外觸發，接調Q信號。
(2)多路延時器15可以用多個延時器與一個普克爾盒電源的信號同步模塊代替，如圖4所示用五個單路延時器和一個普克盒電源的信號同步模塊代替多路延時器15，其線路連接與圖2類似，所不同的是從光電探測器14出來的信號接普克爾盒電源的信號同步模塊20，從信號同步模塊20分別輸出3路信號接單路延時器21、22、23觸發端。單路延時器21輸出信號到多縱模調Q激光器16的點燈信號端1601，單路延時器22輸出信號到單縱模調Q激光器17的點燈信號端1701，單路延時器23輸出信號到信號同步器18的高頻輸入端1801。信號同步器18的輸出端1803接出兩路信號分別接單路延時器24、25的觸發端，單路延時器24的輸出接多縱模調Q激光器16的調Q端1602，單路延時器25的輸出接單縱模調Q激光器17的調Q端1703。(其余未加說明的連線均與圖2相同)。
本同步裝置的工作過程如下首先由激光器12產生高重復頻率的脈沖信號，用分束板13分為兩束光，一束將先后被調Q激光器16和單縱模調Q激光器17泵浦放大，另一束入射到光電探測器14上，光電探測器14接收到激光信號后產生相同重復頻率的射頻電信號，再輸入到多路延時器15的射頻輸入端1501。多路延時器15產生三路與該射頻信號同步的信號第一路延時輸出端1502的信號輸入到調Q激光器16的閃光燈觸發端1601；第二路延時輸出端1503的信號輸入到單縱模調Q激光器17的LD觸發端1701；第三路延時輸出端1504的信號輸入到信號同步器18的較高頻率輸入端1801。單縱模調Q激光器17的LD被觸發后，由內部的光電探測器接收預光脈沖信號并產生一個相應重復頻率的電信號經輸出端1702輸出，信號同步器18接收頻率不同的兩路信號高頻輸入端1801接收來自多路延時器15的第三路信號，低頻輸入端1802接收單縱模調Q激光器17的輸出端1702的信號，并產生一個重復頻率與高頻輸入端信號相同，時間與低頻輸入信號同步的信號，再輸入到多路延時器15的外觸發輸入端1505。多路延時器15被來自信號同步器18的信號觸發產生兩路延時輸出第四路延時輸出端1506的信號輸入到調Q激光器16的調Q觸發端1602，第五路延時輸出端1507輸入到單縱模調Q激光器17的調Q觸發端1703。
上述裝置的結構如圖2所示，激光器12為摻鈦藍寶石自鎖模激光器，輸出為重復頻率為75MHz的鎖模脈沖系列，用分束板13分出兩束光一束作為種子光將被放大，另一束入射到光電探測器14上，光電探測器14產生75MHz的電信號輸入到多路延時器15的射頻輸入端1501，多路延時器15以內觸發方式產生三路延時輸出第一路延時輸出1502輸出信號到調Q激光器16觸發閃光燈點燈，重復頻率為10Hz；第二路延時輸出1503輸出信號到單縱模調Q激光器17觸發LD泵浦，重復頻率為1Hz；第三路延時輸出1504輸出信號到信號同步器18的高頻輸入端1801，重復頻率為10Hz。單縱模調Q激光器17的LD被觸發后，產生重復頻率為1Hz的激光脈沖信號，用內置的光電探測器接收并轉換為1Hz的電信號輸入到信號同步器18的低頻輸入端1802。用信號同步器18的兩個輸入端接收到信號后，產生一個與單縱模調Q激光器17同步的10Hz信號，再輸出到多路延時器15的外觸發輸入端1505。多路延時器15由信號同步器18輸入的信號觸發產生與單縱模調Q激光器17同步的兩路延時輸出第四路延時輸出1506觸發調Q激光器16的調Q1602，第五路延時輸出1507觸發單縱模調Q激光器17的調Q信號。在調節延時前，先測試兩個泵浦激光器的調Q信號和點燈信號之間的延時時間。具體調節時，用示波器觀察信號同步器18輸出的10Hz信號相對與多路延時器15的一個內觸發10Hz信號(例如第一路延時輸出)的抖動，調節多路延時器15第二路延時輸出1503的延時，使抖動小于4s，即小于單縱模調Q激光器單獨工作時調Q信號與LD點燈信號之間的時間抖動；調節第四路延時輸出1506，使調Q激光器16的輸出能量達到最大；調節第五路延時輸出1507，使單縱模調Q激光器17輸出能量達到最大值。從經調Q激光器16放大后的種子脈沖光用光電探測器接收種子光信號，從單縱模調Q激光器輸出的激光脈沖用光電探測器接收泵浦激光信號，再用示波器觀察這兩個信號，并調節多路延時器15的第三路延時輸出，兩路點燈信號及調Q信號，直到單縱模泵浦激光脈沖與種子光脈沖在時間上重合。調節時注意保持每個泵浦激光器的各自點燈信號與調Q信號之間的延時時間保持不變。結果顯示，兩個脈沖之間的時間抖動均小于±1ns。
權利要求
1.一種多路激光脈沖同步觸發裝置，其特征在于它是由激光器(12)、分束板(13)、光電探測器(14)、多路延時器(15)、調Q激光器(16)、單縱模調Q激光器(17)和信號同步器(18)組成的，其連接關系是分束板(13)將激光器(12)的激光束分成兩束光，分出的一束光入射到所述的光電探測器(14)的輸入端上，該光電探測器(14)的輸出端連接到所述的多路延時器(15)的射頻輸入端(1501)，該多路延時器(15)的第一路輸出端(1502)連接所述的調Q激光器(16)的閃光燈觸發端(1601)，第二路輸出端(1503)連接所述的單縱模調Q激光器(17)的LD觸發端(1701)，第三路輸出端(1504)連接信號同步器(18)的高頻輸入端(1801)，單縱模調Q激光器(17)的輸出信號端(1702)連接所述的信號同步器(18)的低頻輸入端(1802)，該信號同步器(18)的信號輸出端(1803)再連接所述的多路延時器(15)的外觸發端(1505)，第四路延時輸出端(1506)連接調Q激光器(16)的調Q觸發端(1602)，第五路延時輸出端(1507)連接單縱模調Q激光器(17)的調Q觸發端(1703)。
2.根據權利要求1所述的多路激光脈沖同步觸發裝置，其特征在于所述的激光器(12)為飛秒激光器。
3.根據權利要求1所述的多路激光脈沖同步觸發裝置，其特征在于所述的多路延時器(15)可以接多個多縱模調Q激光器，同時控制各個激光器的同步，每多接一個多縱模調Q激光器，需要多接出兩路信號，一路為內觸發，接點燈信號，一路為外觸發，接調Q信號。
4.根據權利要求1所述的多路激光脈沖同步觸發裝置，其特征在于所述的多路延時器(15)是由多個延時器與一個普克爾盒電源的信號同步模塊構成。
全文摘要
一種多路激光脈沖同步裝置，主要是利用一臺可分別控制的多路延時器同時控制多臺不同重復頻率的激光器之間的時間同步，特別是可以控制包括單縱模激光器的時間同步，具有同步精度高，工作穩定，易于擴展等特點。與先技術相比，本發明裝置不僅能夠實現單縱模泵浦激光器與普通的多縱模泵浦激光器及待放大的種子脈沖的同步，并且能用低重復頻率的激光器來同步高重復頻率的激光器。
文檔編號H01S3/00GK1828399SQ20061002535
公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月31日 優先權日2006年3月31日
發明者陸效明, 冷雨欣, 李闖, 姜閱清, 韋輝, 梁曉燕, 李儒新 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所