一種有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種激光相位調(diào)制方法，尤其涉及一種有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位 調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在慣性約束聚變（ICF)激光驅(qū)動(dòng)器中，通常采用相位調(diào)制技術(shù)對(duì)單縱模激光進(jìn)行 頻譜展寬達(dá)到抑制系統(tǒng)中非線性效應(yīng)（SBS)的目的，而引入相位調(diào)制技術(shù)后系統(tǒng)中的幅頻 效應(yīng)（FM-AM)明顯增加。目前的大功率光學(xué)系統(tǒng)中，為了有效地抑制受激布里淵散射 (SBS)，保護(hù)大口徑石英光學(xué)元件，提高系統(tǒng)的安全運(yùn)行通量，均采用寬帶光作為種子光源。 產(chǎn)生寬帶光的常用方法是引入相位調(diào)制模塊對(duì)單縱模激光進(jìn)行頻譜展寬。展寬的一般方法 是通過(guò)射頻放大單元（放大倍數(shù)可調(diào)），將具有一定占空比和一定重復(fù)頻率的高頻正弦信 號(hào)的幅度進(jìn)行放大，并且通過(guò)調(diào)節(jié)放大單元的放大倍數(shù)，調(diào)整相位調(diào)制器的調(diào)制深度，進(jìn)而 調(diào)節(jié)輸出光脈沖的光譜寬度。但是這種方法產(chǎn)生的寬帶光在系統(tǒng)的傳輸放大過(guò)程中不可避 免地會(huì)帶來(lái)幅頻效應(yīng)（FM-AM)，也即光脈沖的頻率調(diào)制（FM)引起光脈沖時(shí)域波形的幅度調(diào) 制（AM)。這種效應(yīng)導(dǎo)致原來(lái)平滑的光脈沖在時(shí)域波形上出現(xiàn)尖峰振蕩，影響激光脈沖的整 形能力，降低系統(tǒng)的安全運(yùn)行通量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法， 能夠?qū)鬏敺糯蠛蟮姆l效應(yīng)具有較好的抑制作用，大大提高系統(tǒng)輸出譜線的平坦度。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是提供一種有效抑制幅頻效應(yīng)的 激光相位調(diào)制方法，包括如下步驟：a)先將單縱模激光器產(chǎn)生的單頻連續(xù)激光輸入到幅度 調(diào)制器；b)接著對(duì)所述幅度調(diào)制器加載微波信號(hào)源和直流電壓源進(jìn)行幅度調(diào)制；c)再將所 述幅度調(diào)制器輸出的單頻脈沖光輸入到相位調(diào)制器進(jìn)行光譜展寬；d)最后對(duì)所述相位調(diào) 制器加載非正弦形射頻信號(hào)源調(diào)制得到高斯形光脈沖。
[0005] 上述的有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法，其中，所述相位調(diào)制器為鈮酸鋰 晶體，調(diào)制后的光脈沖為高斯形啁啾光脈沖。
[0006] 上述的有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法，其中，所述非正弦形射頻信號(hào)源 通過(guò)對(duì)正弦射頻信號(hào)按比例整形產(chǎn)生。
[0007] 上述的有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法，其中，所述非正弦形射頻信號(hào)源 的產(chǎn)生過(guò)程如下：分別取頻率為W、2w的正弦波，按幅值比4:1，相位差為31的奇數(shù)倍進(jìn)行 疊加后獲得。
[0008] 上述的有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法，其中，還包括對(duì)高斯形光脈沖通 過(guò)輸入放大器進(jìn)行放大處理，所述高斯形光脈沖寬度為〇. 3nm，所述輸入放大器的增益線型 帶寬為lnm，中心波長(zhǎng)為1053nm〇
[0009] 本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果：本發(fā)明提供的有效抑制幅頻效應(yīng)的激光 相位調(diào)制方法，通過(guò)對(duì)相位調(diào)制器加載非正弦形射頻信號(hào)源調(diào)制得到高斯形光脈沖，從而 能夠?qū)鬏敺糯蠛蟮姆l效應(yīng)具有較好的抑制作用，大大提高系統(tǒng)輸出譜線的平坦度。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本發(fā)明有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制裝置結(jié)構(gòu)不意圖；
[0011] 圖2為增益窄化和增益飽和效應(yīng)作用效果圖；
[0012] 圖3為現(xiàn)有馬鞍形光譜在增益窄化和增益飽和效應(yīng)下發(fā)生的畸變波形示意圖；
[0013] 圖4為本發(fā)明高斯形光譜在增益窄化和增益飽和效應(yīng)下發(fā)生的畸變波形示意圖；
[0014] 圖5為本發(fā)明使用的非正弦形信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)示意圖；
[0015] 圖6為本發(fā)明使用的兩項(xiàng)擬合與理想非正弦信號(hào)比較示意圖。
[0016] 圖中：
[0017] 1單縱模激光器 2幅度調(diào)制器 3微波信號(hào)源
[0018] 4直流電壓源 5相位調(diào)制器 6非正弦形射頻信號(hào)源
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0020] 圖1為本發(fā)明有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制裝置結(jié)構(gòu)不意圖。
[0021] 請(qǐng)參見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供的有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法包括如下步 驟：
[0022] 步驟Sl:先將單縱模激光器1產(chǎn)生的單頻連續(xù)激光輸入到幅度調(diào)制器2 ;
[0023] 步驟S2 :接著對(duì)所述幅度調(diào)制器2加載微波信號(hào)源3和直流電壓源4進(jìn)行幅度調(diào) 制；
[0024] 步驟S3 :再將所述幅度調(diào)制器2輸出的單頻脈沖光輸入到相位調(diào)制器5進(jìn)行光譜 展寬；
[0025] 步驟S4 :最后對(duì)所述相位調(diào)制器5加載非正弦形射頻信號(hào)源6調(diào)制得到高斯形光 脈沖。
[0026] 本發(fā)明提供的有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法，其中，所述相位調(diào)制器5 為鈮酸鋰晶體，調(diào)制后的光脈沖為高斯形啁啾光脈沖。所述非正弦形射頻信號(hào)源6通過(guò)對(duì) 正弦射頻信號(hào)按比例整形產(chǎn)生。具體來(lái)說(shuō)，是將用于調(diào)制鈮酸鋰晶體的射頻信號(hào)進(jìn)行先期 整形，產(chǎn)生非正弦形射頻調(diào)制信號(hào)，作用于鈮酸鋰晶體，從而可以產(chǎn)生一種高斯形的啁啾激 光。這種啁啾激光對(duì)傳輸放大后的幅頻效應(yīng)具有較好的抑制作用。
[0027] 本發(fā)明的工作原理如下：
[0028] 在ICF系統(tǒng)中為了保證輸出激光質(zhì)量同時(shí)提高輸出能量，需要對(duì)單頻窄脈沖激光 進(jìn)行相位調(diào)制，將光譜展寬。正弦射頻信號(hào)調(diào)制相位調(diào)制晶體得到的馬鞍型的展寬光譜，本 發(fā)明提供的新型相位調(diào)制方法，通過(guò)對(duì)射頻調(diào)制信號(hào)整形產(chǎn)生非正弦調(diào)制信號(hào)，用于相位 調(diào)制器可得到高斯型的展寬光譜。
[0029] 光脈沖在后續(xù)進(jìn)行傳輸放大時(shí)，由于增益窄化效應(yīng)使脈沖透過(guò)譜變窄，增益飽和 效應(yīng)使脈沖波形逐漸向前沿移動(dòng)，即脈沖頻譜向長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)（紅移）。這兩種效應(yīng)都將改變 脈沖的頻譜分布，引起脈沖時(shí)域波形的調(diào)制。圖2為傳輸放大過(guò)程中增益飽和效應(yīng)和增益 窄化效應(yīng)共同作用所產(chǎn)生的效果。圖3和圖4分別給出了在相同的放大器增益帶寬和中心 波長(zhǎng)下（增益線型帶寬為lnm，中心波長(zhǎng)為1053nm)，當(dāng)輸入脈沖帶寬為0? 5nm、脈寬為2ns 時(shí)，兩類寬帶脈沖的頻譜變化和相應(yīng)的時(shí)間波形。
[0030] 圖3左邊為馬鞍形光譜在增益窄化下發(fā)生的畸變波形示意圖，右邊為馬鞍形光譜 在增益飽和效應(yīng)下發(fā)生的畸變波形示意圖；圖4左邊為高斯形光譜在增益窄化下發(fā)生的畸 變波形示意圖，右邊為高斯形光譜在增益飽和效應(yīng)下發(fā)生的畸變波形示意圖；由圖可見(jiàn)，無(wú) 論是馬鞍形光脈沖還是高斯形光脈沖經(jīng)過(guò)放大器后，頻譜邊帶均存在丟失和頻譜失衡的現(xiàn) 象。但是兩種不同類型的寬帶脈沖經(jīng)傳輸放大，其輸出脈沖波形均存在不同程度的幅度調(diào) 制。其中，馬鞍形光脈沖的時(shí)間波形起伏最大，而高斯形光脈沖的時(shí)間波形起伏則相對(duì)較 小。由此可知相位調(diào)制器5輸出波形為高斯形的光脈沖時(shí)，經(jīng)過(guò)傳輸放大后引入的幅頻效 應(yīng)最小。
[0031] 遺憾的是目前所使用的相位調(diào)制技術(shù)，調(diào)制后的光譜形狀均為馬鞍形，其使用高 頻正弦信號(hào)加載在相位調(diào)制器上，從而展寬得到該展寬光譜。而此種形狀的光脈沖在后續(xù) 傳輸放大過(guò)程中會(huì)帶來(lái)較大幅頻效應(yīng)。本發(fā)明提供的新型的相位調(diào)制方法，通過(guò)非正弦射 頻信號(hào)調(diào)制鈮酸鋰晶體，可以得高斯型的展寬型光譜，從而解決ICF系統(tǒng)中幅頻效應(yīng)的問(wèn) 題。
[0032] 非正弦形射頻源可以通過(guò)多個(gè)射頻信號(hào)按一定比例整形獲得。對(duì)于獲得高斯型 展寬光譜所用的非正弦形調(diào)制信號(hào)描述如下：非正弦形調(diào)制信號(hào)的數(shù)學(xué)通式可表示為y= ax2+bx+c。其中c為常數(shù)項(xiàng)，可以省去。而b表不的是調(diào)制射頻彳目號(hào)光的延時(shí)，也可以省去。 因此，本發(fā)明對(duì)表達(dá)式為y=x2的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行分解，利用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)得到：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法，其特征在于，包括如下步驟： a) 先將單縱模激光器產(chǎn)生的單頻連續(xù)激光輸入到幅度調(diào)制器； b) 接著對(duì)所述幅度調(diào)制器加載微波信號(hào)源和直流電壓源進(jìn)行幅度調(diào)制； C)再將所述幅度調(diào)制器輸出的單頻脈沖光輸入到相位調(diào)制器進(jìn)行光譜展寬； d)最后對(duì)所述相位調(diào)制器加載非正弦形射頻信號(hào)源調(diào)制得到高斯形光譜脈沖。
2. 如權(quán)利要求1所述的有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法，其特征在于，所述相 位調(diào)制器為魄酸裡晶體，調(diào)制后的光脈沖為高斯形調(diào)嗽光脈沖。
3. 如權(quán)利要求1所述的有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法，其特征在于，所述非 正弦形射頻信號(hào)源通過(guò)對(duì)正弦射頻信號(hào)按比例整形產(chǎn)生。
4. 如權(quán)利要求3所述的有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法，其特征在于，所述非 正弦形射頻信號(hào)源的產(chǎn)生過(guò)程如下；分別取頻率為w、2w的正弦波，按幅值比4 ;1，相位差為 n的奇數(shù)倍進(jìn)行疊加后獲得。
5. 如權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法，其特征 在于，還包括對(duì)高斯形光脈沖通過(guò)輸入放大器進(jìn)行放大處理，所述高斯形光脈沖寬度為 0. 3皿，所述輸入放大器的增益線型帶寬為1皿，中屯、波長(zhǎng)為1053皿。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法，包括如下步驟：a）先將單縱模激光器產(chǎn)生的單頻連續(xù)激光輸入到幅度調(diào)制器；b）接著對(duì)所述幅度調(diào)制器加載微波信號(hào)源和直流電壓源進(jìn)行幅度調(diào)制；c）再將所述幅度調(diào)制器輸出的單頻脈沖光輸入到相位調(diào)制器進(jìn)行光譜展寬；d）最后對(duì)所述相位調(diào)制器加載非正弦形射頻信號(hào)源調(diào)制得到高斯形光譜光脈沖；所述非正弦形射頻信號(hào)源通過(guò)對(duì)正弦射頻信號(hào)按比例整形產(chǎn)生。本發(fā)明提供的有效抑制幅頻效應(yīng)的激光相位調(diào)制方法，通過(guò)對(duì)相位調(diào)制器加載非正弦形射頻信號(hào)源調(diào)制得到高斯形光脈沖，從而能夠?qū)鬏敺糯蠛蟮姆l效應(yīng)具有較好的抑制作用，大大提高系統(tǒng)輸出譜線的平坦度。
【IPC分類】G02F1-01
【公開(kāi)號(hào)】CN104678595
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510067742
【發(fā)明人】金操帆, 張翔, 郭躍
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十三研究所
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月9日