[發明專利]一種基于前綴脈沖的激光能量穩定裝置及其能量穩定方法

有效

• 申請號: 201510076780.2
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號: CN104617479B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）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;劉建國;劉勇;盧振華
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: H01S3/13
• 分類號: H01S3/13
• 代理公司: 北京康盛知識產權代理有限公司11331
• 代理人: 張良

技術領域

本發明涉及激光技術領域，具體而言涉及一種基于前綴脈沖的激光能量穩定裝置及其能量穩定方法。

背景技術

通常脈沖激光器系統的泵浦脈沖寬度在微秒量級，而激光脈沖的寬度在納秒量級，或者更短。因此，在一次泵浦過程中，被放大的激光脈沖(主脈沖)與位于其前數十納秒處的脈沖(前綴脈沖)具有相同的不穩定特征，可視為同一發激光。

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。

郭小東公開的文獻“光電預偏置激光脈沖穩幅器性能研究”(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

針對上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于前綴脈沖的激光能量穩定裝置及其能量穩定方法，該裝置和方法利用前綴脈沖的能量起伏實現對主激光脈沖的能量穩定控制，具有同發穩定的特征，并使主激光脈沖的時間波形不發生畸變。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于前綴脈沖的激光能量穩定裝置，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、普克爾盒電光開關、反射鏡，所述普克爾盒電光開關是預先施加電壓的，所述主光路還包括削波開關，所述主光路按照種子光源發出的激光傳輸路徑依次設置為：普克爾盒電光開關、反射鏡、削波開關，所述取樣光路包括依次設置的光強可調衰減器、耦合器、光電導開關，所述光強可調衰減器設于所述反射鏡的與普克爾盒電光開關相對的一側，所述耦合器與所述光電導開關通過光纖連接，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。

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，所述主光路按照種子光源發出的激光傳輸路徑依次設置為：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、反射鏡、普克爾盒電光開關、1/4波相位延遲器、偏振器二、法拉第磁旋光器、偏振器一、削波開關。

進一步，所述反射鏡鍍有反射膜，漏光率為10％。

另，本發明還提供一種利用如上所述的基于前綴脈沖的激光能量穩定裝置的激光能量穩定方法，包括以下步驟：

(1)所述普克爾盒電光開關預先施加電壓V₀，在普克爾盒電光開關的電極存儲電荷，然后種子光源在發出主脈沖前先發出前綴脈沖，所述前綴脈沖的持續時間為t，所述主脈沖的持續時間為t₁，所述前綴脈沖與主脈沖的時間間隔為t₂，滿足t₁＜t₂，前綴脈沖和主脈沖均沿主光路傳輸，得到主激光的前綴脈沖和主激光的主脈沖，主脈沖激光能量為E_in；

(2)步驟(1)得到的主激光的前綴脈沖傳輸到反射鏡后，透過反射鏡的前綴脈沖成為取樣光的前綴脈沖，被反射回主光路的為主激光的前綴脈沖，所述主激光的前綴脈沖沿主光路第二次傳輸至偏振器一后，通過削波開關削去，所述取樣光的前綴脈沖經過光強可調衰減器的調節和耦合器的耦合后，通過光纖傳輸到光電導開關，使所述光電導開關電阻值由暗阻值降低至亮阻值R_AS，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由V₀降低至V_PC，即普克爾盒電光開關的實際電壓值其中，C為普克爾盒電光開關的等效電容值，t為前綴脈沖的持續時間。