一種激光脈沖能量穩定裝置及其能量穩定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及激光技術領域，具體而言涉及一種激光脈沖能量穩定裝置及其能量穩 定方法。
【背景技術】
[0002] 高功率脈沖激光器系統要求種子光源系統產生的激光脈沖不僅具有穩定的能量， 還要具有特定的時間波形分布。穩定激光脈沖能量的傳統方法是測量激光脈沖能量并與目 標能量比較，根據測試能量與目標能量的差異反饋調整光路上游的控制器或驅動電源。這 種方法只能根據當前脈沖的能量起伏校正下一發激光脈沖，如果下一發激光脈沖的起伏規 律和尺度與當前測量激光脈沖的起伏規律和尺度不一致時，穩定的效果就會打折扣甚至變 差。非同發次的激光脈沖能量穩定技術只能穩定激光脈沖能量的平均值，不能消除激光脈 沖發與發之間的能量隨機起伏。
[0003] 郭小東公開的文獻"光電預偏置激光脈沖穩幅器性能研宄"（期刊：強激光與粒子 束，1997年）利用激光技術領域的通用器件普克爾盒電光開關與偏振器組成預加動態偏置 電壓的光電可變透射率裝置來穩定調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電極上，高壓放大電路的線性放大區域有 限，影響能量控制精度。激光脈沖與高壓脈沖同步到達普克爾盒電光開關，激光脈沖的時間 變化會轉化為高壓驅動脈沖的時間變化，進而反過來改變待穩定的激光脈沖時間波形，從 而導致時間波形畸變。
【發明內容】
[0004] 針對上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種激光脈沖能量穩定裝置及其能 量穩定方法，該裝置和方法利用激光脈沖自身的能量起伏，實現對同一發激光脈沖的能量 穩定控制，并使激光脈沖的時間波形不發生畸變。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0006] 一種激光脈沖能量穩定裝置，包括主光路和取樣光路，所述主光路包括依次設置 的種子光源、光路傳輸延遲器件、普克爾盒電光開關，所述取樣光路包括分束鏡，所述分束 鏡設置于所述種子光源與光路傳輸延遲器件之間，所述普克爾盒電光開關是預先施加電壓 的，所述取樣光路還包括光強可調衰減器、光電導開關，所述取樣光路的設置次序依次為： 分束鏡、光強可調衰減器、光電導開關，所述光電導開關的兩端分別與普克爾盒電光開關的 兩極相連接。
[0007] 進一步，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、偏振器三，所述主光路按照種子光源產生的激光傳輸路徑依次設置為：光路傳輸延遲器 件、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、偏振器 _? 〇
[0008] 進一步，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、全反射鏡，所述主光路按照種子光源產生的激光傳輸路徑依次設置為：光路傳輸延遲器 件、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、全反射 鏡。
[0009] 一種利用如上所述的激光脈沖能量穩定裝置的激光能量穩定方法，包括以下步 驟：
[0010] (1)所述普克爾盒電光開關預先施加電壓％，在普克爾盒電光開關的電極存儲電 荷，然后種子光源發出激光脈沖，脈沖持續時間為T，經過所述分束鏡分束成兩束，一束為 主激光，激光能量為Ein，另一束為取樣光，主激光沿主光路傳輸，取樣光沿取樣光路傳輸；
[0011] (2)步驟（1)得到的取樣光先傳輸到光強可調衰減器，經過所述光強可調衰減器 的調節后傳輸到光電導開關，使所述光電導開關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上的電荷通過電阻值降低的光電導開關泄放，普克爾盒電光開關兩
【主權項】
1. 一種激光脈沖能量穩定裝置，包括主光路和取樣光路，所述主光路包括依次設置的 種子光源、光路傳輸延遲器件、普克爾盒電光開關，所述取樣光路包括分束鏡，所述分束鏡 設置于所述種子光源與光路傳輸延遲器件之間，其特征在于，所述普克爾盒電光開關是預 先施加電壓的，所述取樣光路還包括光強可調衰減器、光電導開關，所述取樣光路的設置次 序依次為：分束鏡、光強可調衰減器、光電導開關，所述光電導開關的兩端分別與普克爾盒 電光開關的兩極相連接。
2. 根據權利要求1所述的一種激光脈沖能量穩定裝置，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、偏振器三，所述主光路按照種 子光源產生的激光傳輸路徑依次設置為：光路傳輸延遲器件、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、偏振器三。
3. 根據權利要求1所述的一種激光脈沖能量穩定裝置，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、全反射鏡，所述主光路按照種 子光源產生的激光傳輸路徑依次設置為：光路傳輸延遲器件、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、全反射鏡。
4. 一種利用如權利要求1-3任一所述的激光脈沖能量穩定裝置的激光能量穩定方法， 其特征在于，包括以下步驟： (1) 所述普克爾盒電光開關預先施加電壓％，在普克爾盒電光開關的一端存儲電荷， 然后種子光源發出激光脈沖，脈沖持續時間為t，經過所述分束鏡分束成兩束，一束為主激 光，激光能量為Ein，另一束為取樣光，主激光沿主光路傳輸，取樣光沿取樣光路傳輸； (2) 步驟（1)得到的取樣光先傳輸到光強可調衰減器，經過所述光強可調衰減器的調 節后傳輸到光電導開關，使所述光電導開關電阻值由暗阻值降低至亮阻值RAS，存儲在所述 普克爾盒電光開關上的電荷通過電阻值降低的光電導開關泄放，普克爾盒電光開關兩端的 電壓值由％降低至Vrc，即普克爾盒電光開關的實際電壓
，其中，C為 普克爾盒電光開關的等效電容值； (3) 所述取樣光脈沖經過之后，所述光電導開關的電阻值恢復至暗阻值，存儲在所述普 克爾盒電光開關上的電荷不能通過光電導開關泄放，普克爾盒電光開關的電壓恒定在Vrc; (4) 步驟（1)得到的主激光經過在光路傳輸延遲器件的延遲后，再依次經過偏振器一、 法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延遲器，傳輸到普克爾盒電光開關，所述主激光到達 普克爾盒電光開關的延遲時間大于取樣光的脈沖持續時間t，此時，普克爾盒電光開關的 電壓在主激光脈沖通過期間恒定在Vrc，然后主激光經偏振器二綸出，幸激光能量被調整為 E?t，即T?Ein，得到能量穩定的激光脈沖，其中
5. 根據權利要求4所述的一種激光能量穩定方法，其特征在于，所述步驟（4)中用全 反射鏡替換偏振器三，主激光第一次經過普克爾盒電光開關后，再經過全反射鏡反射，第 二次到達普克爾盒電光開關，此時，普克爾盒電光開關的電壓仍為Vrc，主激光經過普克爾 盒電光開關的透射后，繼續傳輸到1/4波相位延遲器、偏振器二、法拉第磁旋光器，經偏振 器一反射輸出，主激光能量被調整為，即Ewt=T?Ein，得到能量穩定的激光脈沖，其中 fy \ r=sin2，是主激光兩次通過普克爾盒電光開關的透射率。
6. 根據權利要求4所述的一種激光能量穩定方法，其特征在于，所述普克爾盒電光開 關為磷酸二氘鉀電光開關，單程工作，1/2波電壓為7kV，預先施加電壓％為7kV，等效電容 值C為14pF，所述透射率T為30 % -70 %。
7. 根據權利要求5所述的一種激光能量穩定方法，其特征在于，所述普克爾盒電光開 關為磷酸二氘鉀電光開關，雙程工作，1/4波電壓為3. 5kV，預先施加電壓％為3. 5kV，等效 電容值C為14pF，所述透射率T為30 % -70 %。
8. 根據權利要求5所述的一種激光能量穩定方法，其特征在于，所述光電導開關為砷 化鎵光電導開關，暗阻值為兆歐姆數量級，亮阻值為歐姆數量級。
9. 根據權利要求4所述的一種激光能量穩定方法，其特征在于，所述主激光的能量與 取樣光的能量比值為10:1。
【專利摘要】本發明公開了一種激光脈沖能量穩定裝置及其能量穩定方法，屬于激光技術領域，該裝置分為主光路和取樣光路，主光路設有普克爾盒電光開關，取樣光路設有光電導開關，首先探測激光脈沖的能量起伏，然后通過光電導開關迅速泄放施加在普克爾盒電光開關兩電極的驅動電壓，利用激光脈沖自身的能量起伏實現對同一發激光脈沖的能量穩定控制，具有自穩定的特征，并使激光脈沖的時間波形不發生畸變。
【IPC分類】H01S3-13
【公開號】CN104617480
【申請號】CN201510076966
【發明人】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, 陳遠斌, 汪凌芳, 陳林, 王方, 劉勇, 劉建國, 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