專利名稱：光脈沖任意時間整形裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明與納秒脈沖有關，涉及一種光脈沖時間整形裝置，可以實現(xiàn)納秒級任意形狀時間整形光脈沖的輸出。
背景技術：
慣性約束核聚變要求驅(qū)動源輸出的激光脈沖必須具有合適的脈沖形狀。任意形狀時間整形輸出技術是驅(qū)動器前端部分的一個關鍵。目前采用的主要方法主要有脈沖堆砌、塊狀普克爾盒高壓削波、集成光學調(diào)制等。
1、脈沖堆砌(GEKKO_XII)這一裝置使用光纖脈沖堆砌器將多個單元脈沖以堆砌方式合成復雜形狀的光脈沖。利用組合的方式雖然很靈活，但單元很多，結構也復雜，影響穩(wěn)定性；2、塊狀普克爾盒高壓削波采用光電導開關和非均勻傳輸線來產(chǎn)生復雜形狀的高壓電脈沖，然后用這個電脈沖控制驅(qū)動普克爾盒得到合適的整形光脈沖，這一裝置需要高壓且產(chǎn)生復雜形狀脈沖能力有限；見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、集成光學調(diào)制用集成光學調(diào)制器取代普克爾盒，結構上也比較復雜且成本比較高。見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 ControlTechnology andApplications，H.T.Powell and T.J.Kessler，Eds.，Proc.SPIE 1870，64(1993).

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種光脈沖任意時間整形裝置，該裝置的結構單元應簡單，成本要低，而且操作要簡便，可產(chǎn)生各種復雜形狀光脈沖。
本發(fā)明的基本思想是利用采用四電極摻鎂LiNbO3電光偏轉器，利用其最大的電光系數(shù)r33，以獲得最有效的電光偏轉；利用計算機逐點控制液晶空間光調(diào)制器上各個象素點的透光比例分布，對已在空間掃描開的光束進行整形，以獲得任意形狀的光脈沖輸出，利用單模光纖實現(xiàn)光束復原。
本發(fā)明的技術解決方案是一種光脈沖任意時間整形裝置，其特征結構是在主振蕩器輸出光束的主軸上依次設光束分光器、第一凸透鏡、小孔光闌，第二凸透鏡、電光偏轉器、第三凸透鏡、液晶空間光調(diào)制器，第四凸透鏡，且所述的第一凸透鏡、小孔光闌和第二凸透鏡構成一個4F系統(tǒng)，電光偏轉器位于第三凸透鏡的前焦面上，而液晶空間光調(diào)制器位于第三凸透鏡的后焦面上，該液晶空間光調(diào)制器與一計算機相連；所述光束分光器與所述主軸成45°放置，在該光束分光器的反射光方向有一PIN管，該PIN管接電光偏轉器的高壓觸發(fā)電路；所述第四凸透鏡的焦點與單模光纖的輸入端重合，該單模光纖的輸出端接強流管，該強流管的輸出端接示波器。
所述的電光偏轉器是一四電極摻鎂LiNbO3電光偏轉器。
所述的第四凸透鏡為一10倍的顯微物鏡。
本發(fā)明的技術效果；1、采用四電極摻鎂LiNbO3電光偏轉器，利用其最大的電光系數(shù)r33，可以獲得最有效的電光偏轉的結構；2、、通過計算機對液晶空間光調(diào)制器上的每個象素單元實時進行控制，可產(chǎn)生各種復雜形狀光脈沖；3、利用單模光纖(11)來實現(xiàn)光束復原，這種方式大大簡化了光束復原的步驟，降低了成本，提高了穩(wěn)定性；4、與GEKKO_XII中相應的脈沖堆砌單元和Beamlet和NIF的集成光學調(diào)制裝置的光脈沖時間整形裝置相比，本發(fā)明裝置的結構單元上要簡單得多，成本也要低得多，而且操作調(diào)節(jié)是通過計算機來控制的，非常簡單和方便；5、整個裝置的各個單元器件均為常用的光學元器件，技術工藝上都比較成熟，可靠性高。


圖1是本發(fā)明光脈沖任意時間整形裝置的光路示意2是本發(fā)明光脈沖任意時間整形裝置中四電極摻鎂LiNbO3電光偏轉器的結構示意3是從主振檔器輸出的光脈沖波形圖4，其中A是加在電光偏轉器上的偏轉電壓脈沖，B是掃描起點位置光脈沖圖5是經(jīng)本發(fā)明裝置整形后的脈寬約4ns的平頂光脈沖圖6是經(jīng)本發(fā)明裝置整形后的脈寬約4ns的前沿陡的光脈沖圖7是經(jīng)本發(fā)明裝置整形后的脈寬約4ns的雙峰光脈沖圖8是經(jīng)本發(fā)明裝置整形后的脈寬約4ns的后沿陡的光脈沖具體實施方式
先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明光脈沖任意時間整形裝置的光路示意圖，由圖可見，本發(fā)明光脈沖任意時間整形裝置，其結構是在主振蕩器1輸出光束的主軸上依次設光束分光器2、第一凸透鏡4、小孔光闌5，第二凸透鏡6、電光偏轉器7、第三凸透鏡8、液晶空間光調(diào)制器9，第四凸透鏡10，且所述的第一凸透鏡4、小孔光闌5和第二凸透鏡6構成一個4F系統(tǒng)，電光偏轉器7位于第三凸透鏡8的前焦面上，而液晶空間光調(diào)制器9位于第三凸透鏡8的后焦面上，該液晶空間光調(diào)制器9與計算機15相連；所述光束分光器2與所述主軸成45°放置，在該光束分光器2的反射光方向有一型號為PIN管3，該PIN管接電光偏轉器7的高壓觸發(fā)電路14，該高壓觸發(fā)電路14的輸出接電光偏轉器7；所述第四凸透鏡10的焦點與單模光纖11的輸入端重合，該單模光纖11的輸出端接強流管12，該強流管12的輸出端接示波器13。
所述的電光偏轉器7是一四電極摻鎂LiNbO3電光偏轉器。
所述的第四凸透鏡10為一10倍的顯微物鏡。
本發(fā)明裝置的基本工作過程需要整形的光脈沖由主振蕩器1輸出經(jīng)過光束分光器2之后，一部分光被反射，另一部分被透射，反射光束經(jīng)由PIN管3轉換為電信號去觸發(fā)驅(qū)動偏轉器7的高壓電路14；透射光經(jīng)過一個由第一凸透鏡4、第二凸透鏡6和小孔光闌5構成的4F系統(tǒng)，改善光束質(zhì)量后，透射光到達位于第三凸透鏡8的前焦面的LiNbO3電光偏轉器7。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)驅(qū)動電光偏轉器7的高壓電路14，以調(diào)節(jié)觸發(fā)電脈沖和透射光信號之間的延遲時間，透射光束在同步高壓電脈沖的作用下被偏轉。隨著加在電光偏轉器7上電壓的增加，透射光偏轉也逐漸增加，這樣激光脈沖在第三凸透鏡8的焦面上依時間次序被掃為一條線，這樣在時間域上的每一段就被轉換為空間域上掃描線上對應的一段。
在第三凸透鏡8的后焦面上插入液晶空間光調(diào)制器9(簡稱LCSLM)，該LCSLM由計算機15控制加在液晶屏上各個象素點的電壓，掃描線上的透過光強分布可通過改變LCSLM上每個像素點的光透過率來調(diào)節(jié)。當光透過LCSLM，然后經(jīng)第四凸透鏡10聚焦耦合進入一段數(shù)米長的單模光纖11中復原，最終的輸出激光整形脈沖為強流管12接收并為示波器13所記錄顯示本發(fā)明具體實施例中采用日本Sharp公司LM64185P LCD作為液晶空間光調(diào)制器9，對于1.053μm光，通過調(diào)節(jié)LCD兩邊偏振片之間的夾角可以使對比度超過30∶1，控制LCD上每個像素的信息可被寫入驅(qū)動模塊中，以產(chǎn)生任意整形脈沖。
主振蕩器1采用Nd∶YLF調(diào)Q單縱模主振蕩器產(chǎn)生光脈沖(波長1.053μm，重復頻率1Hz)。由主振蕩器1輸出的光脈沖如圖3所示，其輸出脈沖形狀為高斯型，脈沖寬度約85ns；圖1中第一凸透鏡4和第二凸透鏡6的焦距分別為0.5m和1m，小孔光闌5的直徑為1mm；電光偏轉器7的形狀如圖2所示，D＝4mm，r＝2mm，圖中X方向為水平方向，光束沿著Y軸垂直于X-Z平面投射，Y方向LINbO3晶體長度為34mm。
同步高壓電脈沖形狀如圖4A曲線，電壓在20ns內(nèi)變化了5kV；調(diào)節(jié)該電壓加于電光偏轉器7上的觸發(fā)時刻，通過該電光偏轉器7中的光脈沖從其中心位置開始被掃描開，如圖4B曲線所示，光脈沖后半部分在加在偏轉器7上電壓的作用下發(fā)生偏轉；第三凸透鏡8的焦距為1m，電光偏轉器7和液晶空間光調(diào)制器9分別在其前后焦面上，經(jīng)過液晶空間光調(diào)制器9的調(diào)節(jié)，由計算機15控制加在每個象素點的電壓，可得到各種形狀的整形光脈沖。
所述第四凸透鏡10是一個10倍的顯微物鏡，將掃描開的經(jīng)過液晶空間光調(diào)制器9整形后的光束耦合入一根長于1米的單模光纖11中，復原后的整形光束為強流管12接受，在示波器13上顯示。其結果如圖5～凸8所示，是經(jīng)過本發(fā)明裝置整形后的脈寬約4ns的各種形狀的光脈沖信號，其中圖5是平頂光脈沖；圖6是前沿陡的光脈沖；圖7是雙峰光脈沖；圖8是后沿陡的光脈沖。
權利要求
1.一種光脈沖任意時間整形裝置，其特征在于它的結構是在主振蕩器(1)輸出光束的主軸上依次設光束分光器(2)、第一凸透鏡(4)、小孔光闌(5)，第二凸透鏡(6)、電光偏轉器(7)、第三凸透鏡(8)、液晶空間光調(diào)制器(9)和第四凸透鏡(10)，且所述的第一凸透鏡(4)、小孔光闌(5)和第二凸透鏡(6)構成一個4F系統(tǒng)，電光偏轉器(7)位于第三凸透鏡(8)的前焦面上，而液晶空間光調(diào)制器(9)位于第三凸透鏡(8)的后焦面上，該液晶空間光調(diào)制器(9)與計算機(15)相連；所述光束分光器(2)與所述主軸成45°放置，在該光束分光器(2)的反射光方向有PIN管(3)，該PIN管接電光偏轉器(7)的高壓觸發(fā)電路(14)，該高壓觸發(fā)電路(14)的輸出接電光偏轉器(7)；所述第四凸透鏡(10)的焦點與單模光纖(11)的輸入端重合，該單模光纖(11)的輸出端接強流管(12)，該強流管(12)的輸出端接示波器(13)。
2.根據(jù)權利要求1所述的光脈沖任意時間整形裝置，其特征在于所述的電光偏轉器(7)是一四電極摻鎂LiNbO3電光偏轉器。
3.根據(jù)權利要求1所述的光脈沖任意時間整形裝置，其特征在于所述的第四凸透鏡(10)為一10倍的顯微物鏡。
全文摘要
一種光脈沖任意時間整形裝置，是在主振蕩器輸出光束的主軸上依次設光束分光器、第一凸透鏡、小孔光闌，第二凸透鏡、光電偏轉器、第三凸透鏡、液晶空間光調(diào)制器和第四凸透鏡，且所述的第一凸透鏡、小孔光闌和第二凸透鏡構成一個4F系統(tǒng)，光電偏轉器位于第三凸透鏡的前焦面上，而液晶空間光調(diào)制器位于第三凸透鏡的后焦面上，該液晶空間光調(diào)制器與一計算機相連；在該光束分光器的反射光方向有一PIN管，該PIN管接光電偏轉器的高壓觸發(fā)電路；所述第四凸透鏡的焦點與單模光纖的輸入端重合，該單模光纖的輸出端接強流管，該強流管的輸出端接示波器。本發(fā)明可實現(xiàn)任意形狀的光脈沖輸出，具有結構簡單，調(diào)節(jié)方便等的特點。
文檔編號G02F1/01GK1588170SQ20041005291
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權日2004年7月16日
發(fā)明者康俊, 陳紹和, 韋輝, 張偉, 馬忠林 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所