一種光脈沖重復頻率擴頻器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種光脈沖重復頻率擴頻器，其能形成等間距的脈沖串，實現對光脈沖數目在時域上的增加。而且本發明通過調節脈沖放大全反偏振旋轉臂的偏振旋轉程度、泵浦能力及泵浦寬度，可以有效的控制輸出光脈沖的數目及其強度。總之本發明通過將光脈沖放大及分頻使得種子光的重復頻率進一步提高，為脈沖串激光器的產生與放大以及高重頻激光器的實現提供了一種新方法，有利于激光產業及高重頻光脈沖的應用及發展。
【專利說明】一種光脈沖重復頻率擴頻器
【技術領域】
[0001]本發明屬于激光【技術領域】，尤其涉及一種光脈沖重復頻率擴頻器。
【背景技術】
[0002]傳統的鎖模技術由于受到光學元件尺寸和調制器件響應時間的限制，重復頻率很難達到GHz。而且這種方法的系統結構復雜，不能輕易改變超短激光脈沖寬度和重復頻率。特別是在再生放大器中，要想獲得多個脈沖的輸出，不得不增加再生腔腔長，從而導致整個激光器體積較大，穩定性不高。
[0003]美國專利說明書US8367968B2公開的一種多脈沖光束產生器，其采用2臺激光器，通過對系統的設置，使2臺同步輸出的脈沖進行延時調節，并采用聲光Q開光選擇出兩延時的脈沖，從而獲得多脈沖輸出。雖然該設計能夠很好的獲得多脈沖，在時域上擴展光脈沖的數量，但系統比較復雜，結構體積大，延時控制比較困難。
[0004]美國專利說明書US5293389公開的另一種多脈沖光束產生器，其采用光纖來擴大光脈沖之間的光程差，當一個光脈沖輸入的時候，獲得至少3個脈沖的輸出。在結構及系統上大大的進行了簡化，但光纖過長，光程差過大，得不到高重復頻率的光脈沖輸出。
【發明內容】
[0005]為解決上述問題，本發明提供一種光脈沖重復頻率擴頻器，其通過將單個光脈沖在時間上進行變換，實現了單個光脈沖變成多個脈沖的輸出，從而增加了光脈沖的數目，能夠使得種子光(即入射光脈沖)的脈沖數進一步提高，實現頻率的擴展。
[0006]本發明的一種光脈沖重復頻率擴頻器，其包括箱體及位于所述箱體內的光學組件，所述箱體上設有入射光脈沖進口(7)和出射光脈沖出口(8)，其關鍵技術在于，
[0007]所述光學組件包括:光線準直裝置(I)、偏振轉換器(2)、光隔離器(3)、偏振分束鏡(4)、脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)、脈沖全反偏振旋轉臂(6)和45°全反鏡；
[0008]所述入射光脈沖通過入射光脈沖進口(7)依次經光線準直裝置(I)、偏振轉換器(2)、光隔離器(3)后，透過偏振分束鏡(4)進入脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)，經脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)放大后反射至偏振分束鏡(4)，偏振分束鏡(4)將該入射光脈沖分為兩束光，一束光透過偏振分束鏡(4)經光隔離器(3)與入射光脈沖分離；另一束光經偏振分束鏡(4)反射后進入脈沖全反偏振旋轉臂(6)；
[0009]脈沖全反偏振旋轉臂(6)全反鏡的光經偏振分束鏡(4)分成兩束，一束經偏振分束鏡(4)反射后進入脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)循環；另一束經偏振分束鏡(4)透射后經45°全反鏡全反射后由出射光脈沖出口(8)輸出。
[0010]進一步的，所述偏振分束鏡(4)的入射光脈沖與光隔離器(3)的出射光形成180°角。
[0011]進一步的，脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)與脈沖全反偏振旋轉臂(6)呈偏振片布魯斯特角補角設置。
[0012]進一步的，脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)反射的光中透過偏振分束鏡(4)的光束與經偏振分束鏡(4)反射的光束呈偏振布魯斯特角；
[0013]入射脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)的光與經脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)的反射出來的光重合；
[0014]入射脈沖全反偏振旋轉臂(6)的光與經脈沖全反偏振旋轉臂(6)的反射出來的光重合。
[0015]如上所述的，光線準直裝置(I)包括兩個小孔光闌，且該兩個小孔光闌與入射光脈沖進口(7)位于同一直線上。
[0016]如上所述的，光隔離器(3)依次包括偏振片(31)、二分之一波片(32)和法拉第旋轉器(33)。
[0017]如上所述的，脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)依次包括偏振旋轉器(51)、激光晶體(52)、泵浦耦合系統(53)和LD泵浦源(54)。
[0018]如上所述的，脈沖全反偏振旋轉臂(6)包括偏振旋轉器(61)和0°全反鏡(62)；
[0019]脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)放大的光經0°全反鏡(62)原路返回透過偏振旋轉器(61)至偏振分束器(4)。
[0020]如上所述的，偏振旋轉器(51)和偏振旋轉器(61)均為四分之一波片。如上所述的，脈沖全反偏振旋轉臂(6)的0°全反鏡(62)第一次反射透過偏振分束鏡(4)的光脈沖和第二次反射透過偏振分束鏡(4)的光脈沖中，相鄰兩光脈沖的光程差AL為光脈沖從激光晶體(52)前端面傳播到0°全反鏡(62)反射表面的幾何距離加上光在激光晶體中的光程之和的2倍，光脈沖間隔At為Λ L/c，其中c為光的傳播速度。
[0021]有益效果:
[0022]本發明提供了一種將光脈沖在時域上進行擴展的光脈沖重復頻率擴頻器，能夠實現單個光脈沖生成可調輸出的多個脈沖，達到了對增大光脈沖頻率的效果。具體的:
[0023]1.本發明使用一對小孔光闌，判斷入射光脈沖是否準直入射，實現了入射光脈沖的準直導入。入射光脈沖輸入的時候，為了防止入射光脈沖的傾斜、偏移，在其入射時打開箱體蓋中的嵌槽蓋面，觀察入射光脈沖是否完全從兩個小孔光闌的中心通過。
[0024]2.本發明采用偏振轉換器，實現了對所有偏振入射光脈沖的調節。無論是水平還是垂直方向的偏振光，通過偏振轉換器，都可以轉化為單一偏振的光。
[0025]3.本發明采用光隔離器，實現了光脈沖的單向輸出，保證了準直后的入射光脈沖只能單向傳輸，防止后續光的回光返照。
[0026]4.本發明根據光路設計觸發控制LD泵浦源的泵浦上電時刻，通過調節泵浦電源的上電泵浦電流寬度，控制入射光脈沖生產光脈沖數；通過調節泵浦電流的強弱或偏振旋轉器控制生成光脈沖的幅值，實現了光脈沖的強度及脈沖數選擇輸出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明的光脈沖重復頻率擴頻器的箱體內部光路示意圖；
[0028]圖2為入射光脈沖經本發明的光脈沖重復頻率擴頻器輸出的脈沖波形示意圖；
[0029]圖3為本發明的光脈沖重復頻率擴頻器的箱體左側板示意圖；
[0030]圖4為本發明的光脈沖重復頻率擴頻器的箱體右側板示意圖。
【具體實施方式】
[0031]本發明的一種光脈沖重復頻率擴頻器，其包括箱體及位于所述箱體內的光學組件，所述箱體上設有入射光脈沖進口⑵和出射光脈沖出口(8)，入射光脈沖進口(7)如圖3所示，圖3為本發明的光脈沖重復頻率擴頻器的箱體左側板示意圖；出射光脈沖出口(8)如圖4所示，圖4為本發明的光脈沖重復頻率擴頻器的箱體右側板示意圖。本發明所采用的箱體采用組合拼裝方式，通過調節入射光脈沖，使入射光脈沖從圖3左側板入射光脈沖學進口孔徑中透過，并使其完全從圖1底板上連接的準直小孔光闌Kl，K2中心透過。從圖4右側板的出射光脈沖出口的孔徑輸出需要的光脈沖數目。
[0032]圖1為本發明的光脈沖重復頻率擴頻器的箱體內部光路示意圖。如圖1所示，本發明的關鍵技術在于，光學組件包括:光線準直裝置(I)、偏振轉換器(2)、光隔離器(3)、偏振分束鏡(4)、脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)、脈沖全反偏振旋轉臂(6)和45°全反鏡；
[0033]所述入射光脈沖通過入射光脈沖進口(7)依次經光線準直裝置(I)、偏振轉換器
(2)、光隔離器(3)后，透過偏振分束鏡(4)進入脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)，經脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)放大后反射至偏振分束鏡(4)，偏振分束鏡(4)將該入射光脈沖分為兩束光，一束光透過偏振分束鏡(4)經光隔離器(3)與入射光脈沖分離；另一束光經偏振分束鏡(4)反射后進入脈沖全反偏振旋轉臂(6)；
[0034]脈沖全反偏振旋轉臂(6)全反鏡的光經偏振分束鏡(4)分成兩束，一束經偏振分束鏡(4)反射后進入脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)循環；另一束經偏振分束鏡(4)透射后經45°全反鏡全反射后由出射光脈沖出口(8)輸出。
[0035]進一步的，所述偏振分束鏡(4)的入射光脈沖與光隔離器(3)的出射光形成180°角。
[0036]進一步的，脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)與脈沖全反偏振旋轉臂(6)呈偏振片布魯斯特角補角設置。
[0037]進一步的，脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)反射的光中透過偏振分束鏡⑷的光束與經偏振分束鏡(4)反射的光束呈偏振布魯斯特角；
[0038]入射脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)的光與經脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)的反射出來的光重合；
[0039]入射脈沖全反偏振旋轉臂(6)的光與經脈沖全反偏振旋轉臂(6)的反射出來的光重合。
[0040]如上所述的，光線準直裝置(I)包括兩個小孔光闌，且該兩個小孔光闌與入射光脈沖進口(7)位于同一直線上。
[0041]如上所述的，光隔離器(3)依次包括偏振片(31)、二分之一波片(32)和法拉第旋轉器(33)。
[0042]如上所述的，脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)依次包括偏振旋轉器(51)、激光晶體
(52)、泵浦耦合系統(53)和LD泵浦源(54)。
[0043]如上所述的，脈沖全反偏振旋轉臂(6)包括偏振旋轉器(61)和0°全反鏡(62)；
[0044]脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)放大的光經0°全反鏡(62)原路返回透過偏振旋轉器(61)至偏振分束器(4)。
[0045]如上所述的，偏振旋轉器(51)和偏振旋轉器(61)均為四分之一波片。
[0046]如上所述的，脈沖全反偏振旋轉臂(6)的0°全反鏡(62)第一次反射透過偏振分束鏡⑷的光脈沖和第二次反射透過偏振分束鏡⑷的光脈沖中，相鄰兩光脈沖的光程差AL為光脈沖從激光晶體(52)前端面傳播到0°全反鏡(62)反射表面的幾何距離加上光在激光晶體中的光程之和的2倍，光脈沖間隔為At為Λ L/c (c為光的傳播速度)，通過改變光程差AL即可控制相鄰光脈沖之間的間隔。
[0047]所述偏振分束鏡、各所述波片、所述全反鏡及所述LD激光晶體泵浦模塊激光激光晶體端上均鍍有與入射光脈沖波段相一致的增透膜或高反射膜。
[0048]如圖2所示，圖2為入射光脈沖經本發明的光脈沖重復頻率擴頻器輸出的脈沖波形示意圖。
[0049]當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種光脈沖重復頻率擴頻器，包括箱體及位于所述箱體內的光學組件，所述箱體上設有入射光脈沖進口(7)和出射光脈沖出口(8)，其特征在于， 所述光學組件包括:光線準直裝置(I)、偏振轉換器(2)、光隔離器(3)、偏振分束鏡(4)、脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)、脈沖全反偏振旋轉臂(6)和45°全反鏡； 所述入射光脈沖通過入射光脈沖進口(7)依次經光線準直裝置(I)、偏振轉換器(2)、光隔離器(3)后，透過偏振分束鏡(4)進入脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)，經脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)放大后反射至偏振分束鏡(4),偏振分束鏡(4)將該入射光脈沖分為兩束光，一束光透過偏振分束鏡(4)經光隔離器(3)與入射光脈沖分離；另一束光經偏振分束鏡(4)反射后進入脈沖全反偏振旋轉臂(6)； 脈沖全反偏振旋轉臂(6)全反鏡的光經偏振分束鏡(4)分成兩束，一束經偏振分束鏡(4)反射后進入脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)循環；另一束經偏振分束鏡(4)透射后經45°全反鏡全反射后由出射光脈沖出口(8)輸出。
2.根據權利要求1所述的光脈沖重復頻率擴頻器，其特征在于，所述偏振分束鏡(4)的入射光脈沖與光隔離器(3)的出射光形成180°角；所述脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)與脈沖全反偏振旋轉臂(6)呈偏振片布魯斯特角補角設置。
3.根據權利要求1所述的光脈沖重復頻率擴頻器，其特征在于，脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)反射的光中透過偏振分束鏡(4)的光束與經偏振分束鏡(4)反射的光束呈偏振布魯斯特角； 入射脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)的光與經脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)的反射出來的光重合； 入射脈沖全反偏振旋轉臂(6)的光與經脈沖全反偏振旋轉臂(6)的反射出來的光重口 ο
4.根據權利要求1-3任一所述的光脈沖重復頻率擴頻器，其特征在于，光線準直裝置(I)包括兩個小孔光闌，且該兩個小孔光闌與入射光脈沖進口(7)位于同一直線上。
5.根據權利要求1-3所述的光脈沖重復頻率擴頻器，其特征在于，光隔離器(3)依次包括偏振片(31)、二分之一波片(32)和法拉第旋轉器(33)。
6.根據權利要求1-3所述的光脈沖重復頻率擴頻器，其特征在于，脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)依次包括偏振旋轉器(51)、激光晶體(52)、泵浦耦合系統(53)和LD泵浦源(54)。
7.根據權利要求6所述的光脈沖重復頻率擴頻器，其特征在于，還包括至少另外一種LD泵浦激光晶體的方式，其為LD泵浦源(54)從激光晶體(54)側面泵浦。
8.根據權利要求1-4所述的光脈沖重復頻率擴頻器，其特征在于，脈沖全反偏振旋轉臂(6)包括偏振旋轉器(61)和0°全反鏡(62)； 脈沖放大全反偏振旋轉臂(5)放大的光經0°全反鏡(62)原路返回透過偏振旋轉器(61)至偏振分束器(4)。
9.根據權利要求1-4所述的光脈沖重復頻率擴頻器，其特征在于，偏振旋轉器(51)和偏振旋轉器(61)均為四分之一波片。
10.根據權利要求1-4所述的光脈沖重復頻率擴頻器，其特征在于，脈沖全反偏振旋轉臂(6)的0°全反鏡(62)第一次反射透過偏振分束鏡(4)的光脈沖和第二次反射透過偏振分束鏡(4)的光脈沖中，相鄰兩光脈沖的光程差AL為光脈沖從激光晶體(52)前端面傳播到0°全反鏡(62)反射表面的幾何距離加上光在激光晶體中的光程之和的2倍，光脈沖間隔At為Λ L/c，其中c為光的傳播速度。
【文檔編號】H01S3/102GK104300352SQ201410549698
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】陳檬, 龍明亮 申請人:北京工業大學