光脉冲任意时间整形装置.pdf

一种光脉冲任意时间整形装置，是在主振荡器输出光束的主轴上依次设光束分光器、第一凸透镜、小孔光阑，第二凸透镜、光电偏转器、第三凸透镜、液晶空间光调制器和第四凸透镜，且所述的第一凸透镜、小孔光阑和第二凸透镜构成一个4F系统，光电偏转器位于第三凸透镜的前焦面上，而液晶空间光调制器位于第三凸透镜的后焦面上，该液晶空间光调制器与一计算机相连；在该光束分光器的反射光方向有一PIN管，该PIN管接光电偏转器的高压触发电路；所述第四凸透镜的焦点与单模光纤的输入端重合，该单模光纤的输出端接强流管，该强流管的输出端接示波器。本发明可实现任意形状的光脉冲输出，具有结构简单，调节方便等的特点。

1、  一种光脉冲任意时间整形装置，其特征在于它的结构是在主振荡器(1)输出光束的主轴上依次设光束分光器(2)、第一凸透镜(4)、小孔光阑(5)，第二凸透镜(6)、电光偏转器(7)、第三凸透镜(8)、液晶空间光调制器(9)和第四凸透镜(10)，且所述的第一凸透镜(4)、小孔光阑(5)和第二凸透镜(6)构成一个4F系统，电光偏转器(7)位于第三凸透镜(8)的前焦面上，而液晶空间光调制器(9)位于第三凸透镜(8)的后焦面上，该液晶空间光调制器(9)与计算机(15)相连；所述光束分光器(2)与所述主轴成45°放置，在该光束分光器(2)的反射光方向有PIN管(3)，该PIN管接电光偏转器(7)的高压触发电路(14)，该高压触发电路(14)的输出接电光偏转器(7)；所述第四凸透镜(10)的焦点与单模光纤(11)的输入端重合，该单模光纤(11)的输出端接强流管(12)，该强流管(12)的输出端接示波器(13)。

2、  根据权利要求1所述的光脉冲任意时间整形装置，其特征在于所述的电光偏转器(7)是一四电极掺镁LiNbO₃电光偏转器。

3、  根据权利要求1所述的光脉冲任意时间整形装置，其特征在于所述的第四凸透镜(10)为一10倍的显微物镜。

光脉冲任意时间整形装置
技术领域
本发明与纳秒脉冲有关，涉及一种光脉冲时间整形装置，可以实现纳秒级任意形状时间整形光脉冲的输出。
背景技术
惯性约束核聚变要求驱动源输出的激光脉冲必须具有合适的脉冲形状。任意形状时间整形输出技术是驱动器前端部分的一个关键。目前采用的主要方法主要有：脉冲堆砌、块状普克尔盒高压削波、集成光学调制等。
1、脉冲堆砌(GEKKO_XII)：这一装置使用光纤脉冲堆砌器将多个单元脉冲以堆砌方式合成复杂形状的光脉冲。利用组合的方式虽然很灵活，但单元很多，结构也复杂，影响稳定性；
2、块状普克尔盒高压削波：
采用光电导开关和非均匀传输线来产生复杂形状的高压电脉冲，然后用这个电脉冲控制驱动普克尔盒得到合适的整形光脉冲，这一装置需要高压且产生复杂形状脉冲能力有限；见J.K.Lawson，D.R.Speck，C.Bibeau，S.C.Burkhart，M.A.Henesian，C.W.Laumann，T.L.Weiland，and R.B.Wilcox，“Temporal shaping of third-harmonicpulses on the NOVA laser system，”Appl.Opt.31，5061(1992)。
3、集成光学调制：
用集成光学调制器取代普克尔盒，结构上也比较复杂且成本比较高。见B.M.Van Wonterghem，D.R.Speck，M.J.Norman，R.B.Wilcox，V.P.Karpenko，and J.B.Richards“Compact and Versatile pulse generation and shapingsubsystem for high-energy laser systems，”in Laser Coherence Control：Technology andApplications，H.T.Powell and T.J.Kessler，Eds.，Proc.SPIE 1870，64(1993).
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种光脉冲任意时间整形装置，该装置的结构单元应简单，成本要低，而且操作要简便，可产生各种复杂形状光脉冲。
本发明的基本思想是：利用采用四电极掺镁LiNbO₃电光偏转器，利用其最大的电光系数r₃₃，以获得最有效的电光偏转；利用计算机逐点控制液晶空间光调制器上各个象素点的透光比例分布，对已在空间扫描开的光束进行整形，以获得任意形状的光脉冲输出，利用单模光纤实现光束复原。
本发明的技术解决方案是：
一种光脉冲任意时间整形装置，其特征结构是：在主振荡器输出光束的主轴上依次设光束分光器、第一凸透镜、小孔光阑，第二凸透镜、电光偏转器、第三凸透镜、液晶空间光调制器，第四凸透镜，且所述的第一凸透镜、小孔光阑和第二凸透镜构成一个4F系统，电光偏转器位于第三凸透镜的前焦面上，而液晶空间光调制器位于第三凸透镜的后焦面上，该液晶空间光调制器与一计算机相连；
所述光束分光器与所述主轴成45°放置，在该光束分光器的反射光方向有一PIN管，该PIN管接电光偏转器的高压触发电路；
所述第四凸透镜的焦点与单模光纤的输入端重合，该单模光纤的输出端接强流管，该强流管的输出端接示波器。
所述的电光偏转器是一四电极掺镁LiNbO₃电光偏转器。
所述的第四凸透镜为一10倍的显微物镜。
本发明的技术效果；
1、采用四电极掺镁LiNbO₃电光偏转器，利用其最大的电光系数r₃₃，可以获得最有效的电光偏转的结构；
2、、通过计算机对液晶空间光调制器上的每个象素单元实时进行控制，可产生各种复杂形状光脉冲；
3、利用单模光纤(11)来实现光束复原，这种方式大大简化了光束复原的步骤，降低了成本，提高了稳定性；
4、与GEKKO_XII中相应的脉冲堆砌单元和Beamlet和NIF的集成光学调制装置的光脉冲时间整形装置相比，本发明装置的结构单元上要简单得多，成本也要低得多，而且操作调节是通过计算机来控制的，非常简单和方便；
5、整个装置的各个单元器件均为常用的光学元器件，技术工艺上都比较成熟，可靠性高。
附图说明
图1是本发明光脉冲任意时间整形装置的光路示意图
图2是本发明光脉冲任意时间整形装置中四电极掺镁LiNbO₃电光偏转器的结构示意图
图3是从主振档器输出的光脉冲波形
图4，其中A是加在电光偏转器上的偏转电压脉冲，B是扫描起点位置光脉冲
图5是经本发明装置整形后的脉宽约4ns的平顶光脉冲
图6是经本发明装置整形后的脉宽约4ns的前沿陡的光脉冲
图7是经本发明装置整形后的脉宽约4ns的双峰光脉冲
图8是经本发明装置整形后的脉宽约4ns的后沿陡的光脉冲
具体实施方式
先请参阅图1，图1是本发明光脉冲任意时间整形装置的光路示意图，由图可见，本发明光脉冲任意时间整形装置，其结构是：在主振荡器1输出光束的主轴上依次设光束分光器2、第一凸透镜4、小孔光阑5，第二凸透镜6、电光偏转器7、第三凸透镜8、液晶空间光调制器9，第四凸透镜10，且所述的第一凸透镜4、小孔光阑5和第二凸透镜6构成一个4F系统，电光偏转器7位于第三凸透镜8的前焦面上，而液晶空间光调制器9位于第三凸透镜8的后焦面上，该液晶空间光调制器9与计算机15相连；
所述光束分光器2与所述主轴成45°放置，在该光束分光器2的反射光方向有一型号为PIN管3，该PIN管接电光偏转器7的高压触发电路14，该高压触发电路14的输出接电光偏转器7；
所述第四凸透镜10的焦点与单模光纤11的输入端重合，该单模光纤11的输出端接强流管12，该强流管12的输出端接示波器13。
所述的电光偏转器7是一四电极掺镁LiNbO₃电光偏转器。
所述的第四凸透镜10为一10倍的显微物镜。
本发明装置的基本工作过程：
需要整形的光脉冲由主振荡器1输出经过光束分光器2之后，一部分光被反射，另一部分被透射，反射光束经由PIN管3转换为电信号去触发驱动偏转器7的高压电路14；透射光经过一个由第一凸透镜4、第二凸透镜6和小孔光阑5构成地4F系统，改善光束质量后，透射光到达位于第三凸透镜8的前焦面的LiNbO₃电光偏转器7。通过调节触发驱动电光偏转器7的高压电路14，以调节触发电脉冲和透射光信号之间的延迟时间，透射光束在同步高压电脉冲的作用下被偏转。随着加在电光偏转器7上电压的增加，透射光偏转也逐渐增加，这样激光脉冲在第三凸透镜8的焦面上依时间次序被扫为一条线，这样在时间域上的每一段就被转换为空间域上扫描线上对应的一段。
在第三凸透镜8的后焦面上插入液晶空间光调制器9(简称LCSLM)，该LCSLM由计算机15控制加在液晶屏上各个象素点的电压，扫描线上的透过光强分布可通过改变LCSLM上每个像素点的光透过率来调节。当光透过LCSLM，然后经第四凸透镜10聚焦耦合进入一段数米长的单模光纤11中复原，最终的输出激光整形脉冲为强流管12接收并为示波器13所记录显示
本发明具体实施例中：
采用日本Sharp公司LM64185P LCD作为液晶空间光调制器9，对于1.053μm光，通过调节LCD两边偏振片之间的夹角可以使对比度超过30∶1，控制LCD上每个像素的信息可被写入驱动模块中，以产生任意整形脉冲。
主振荡器1采用Nd∶YLF调Q单纵模主振荡器产生光脉冲(波长1.053μm，重复频率1Hz)。由主振荡器1输出的光脉冲如图3所示，其输出脉冲形状为高斯型，脉冲宽度约85ns；
图1中第一凸透镜4和第二凸透镜6的焦距分别为0.5m和1m，小孔光阑5的直径为1mm；
电光偏转器7的形状如图2所示，D＝4mm，r＝2mm，图中X方向为水平方向，光束沿着Y轴垂直于X-Z平面投射，Y方向LINbO₃晶体长度为34mm。
同步高压电脉冲形状如图4A曲线，电压在20ns内变化了5kV；调节该电压加于电光偏转器7上的触发时刻，通过该电光偏转器7中的光脉冲从其中心位置开始被扫描开，如图4B曲线所示，光脉冲后半部分在加在偏转器7上电压的作用下发生偏转；
第三凸透镜8的焦距为1m，电光偏转器7和液晶空间光调制器9分别在其前后焦面上，经过液晶空间光调制器9的调节，由计算机15控制加在每个象素点的电压，可得到各种形状的整形光脉冲。
所述第四凸透镜10是一个10倍的显微物镜，将扫描开的经过液晶空间光调制器9整形后的光束耦合入一根长于1米的单模光纤11中，复原后的整形光束为强流管12接受，在示波器13上显示。其结果如图5～凸8所示，是经过本发明装置整形后的脉宽约4ns的各种形状的光脉冲信号，其中图5是平顶光脉冲；图6是前沿陡的光脉冲；图7是双峰光脉冲；图8是后沿陡的光脉冲。