一種基于電光調(diào)制器的光脈沖整形裝置及整形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光脈沖產(chǎn)生及整形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電光調(diào)制器的光脈 沖整形裝置及其整形方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在激光加工、切割等生產(chǎn)過程以及相關(guān)的科研中，不同形狀的光脈沖可能表現(xiàn)出 不同的特性。為了獲得更好的效果，往往需要獲得具有一定形狀的激光脈沖。
[0003] 目前，光脈沖整形方法主要有三種，即基于半導(dǎo)體激光器的脈沖整形方法、基于脈 沖堆積的脈沖整形方法和基于電光調(diào)制器的脈沖整形方法。
[0004] 1、基于半導(dǎo)體激光器的脈沖整形方法利用任意形狀的整形電脈沖直接驅(qū)動半導(dǎo) 體激光器，產(chǎn)生與電脈沖形狀一致的激光脈沖。此方法所用裝置的結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，但 其激光束質(zhì)量受半導(dǎo)體激光器影響，脈沖整形精度有限，最新的研究結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)脈寬 10ns (納秒）、時域調(diào)節(jié)精度330ps (皮秒)任意形狀整形激光脈沖。
[0005] 2、基于脈沖堆積的脈沖整形方法是采用多個短脈沖在時域上首尾相連，組合成一 個長脈沖。此方法可以產(chǎn)生亞ps到ns脈沖，堆積結(jié)果依賴于堆積的脈沖基元及延時大小。其 產(chǎn)生的脈沖具有掃頻特性、上升沿陡峭、受環(huán)境和光程變化小等優(yōu)點(diǎn)，但該方法涉及超短脈 沖的產(chǎn)生、放大、控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)難度大。
[0006] 3、基于電光調(diào)制器的脈沖整形方法通過將整形電脈沖加載到電光調(diào)制器，對連續(xù) 光進(jìn)行幅度調(diào)制，從而產(chǎn)生整形脈沖。此方法需要足夠快的調(diào)制信號源和電光調(diào)制器，一般 用于百ps以上到ns或更長時間的脈沖整形。主要受限于電光調(diào)制的響應(yīng)速率。電光調(diào)制器 的脈沖整形技術(shù)比較成熟，整形能力強(qiáng)。其核心器件是電光調(diào)制器，所加的電調(diào)制信號使其 輸出光強(qiáng)度發(fā)生變化，即裝置輸出的光脈沖峰值改變，為了獲得高對比度的任意整形脈沖， 需要精確控制高消光比電光調(diào)制器工作于最小的直流偏置電壓點(diǎn)上。但是隨著器件內(nèi)的靜 電荷積累以及溫度的變化，直流偏置電壓點(diǎn)會發(fā)生漂移，導(dǎo)致輸出光脈沖相位變化，消光比 下降。為了解決該問題，需要監(jiān)測控制電光調(diào)制器的偏置電壓。目前，監(jiān)測電光調(diào)制器直流 偏置電壓點(diǎn)的方法主要有:擾頻法和功率探測法。
[0007] 2011年電子科技大學(xué)楊志高的碩士論文"集成光學(xué)調(diào)制器工作點(diǎn)穩(wěn)定性研究"中 介紹：擾頻法將一個低頻擾動信號施加在直流偏置信號中，以調(diào)制后的信號中的基波信號 和二次諧波信號幅度的比值作為反饋參量、控制穩(wěn)定電光調(diào)制器的偏置電壓。該方法引入 擾動，因此要求應(yīng)用系統(tǒng)對該擾動不敏感。
[0008] 《光通信技術(shù)》2011年第7期的文章介紹了功率探測法通過使用低響應(yīng)速率的光電 探測器，監(jiān)測基底累積能量，進(jìn)而獲取偏置點(diǎn)的信息。該方法能有效判斷偏置點(diǎn)漂移信息， 但響應(yīng)速度稍慢，靈敏度低，只能應(yīng)用于產(chǎn)生低頻低占寬比的脈沖，輸出脈沖對比度不夠 尚。
[0009] 總之目前尚未見到在進(jìn)行脈沖整形同時，快速有效地精確監(jiān)控電光調(diào)制器直流偏 置電壓，使電光調(diào)制器能輸出高對比度任意整形光脈沖的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的基于電光調(diào)制器的光脈沖整形技術(shù)的不足，提出一種 基于電光調(diào)制器的光脈沖整形裝置，信號光接入電光調(diào)制器，其輸出經(jīng)分束器分為兩束，占 比大的光束作為本裝置的輸出，占比小的光束作為監(jiān)測光送入光電探測器，反映輸出光光 強(qiáng)的電信號送入微處理器，微處理器據(jù)此經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和射頻驅(qū)動器，控制光電調(diào)制 器。
[0011] 本發(fā)明的另一目的是提供一種基于電光調(diào)制器的光脈沖整形方法，其采用本發(fā)明 的基于電光調(diào)制器的脈沖整形裝置，借由監(jiān)測光搜索獲得最佳偏置電壓值，在裝置運(yùn)行時 自動跟蹤調(diào)整偏置電壓，實(shí)現(xiàn)了對信號光進(jìn)行脈沖整形時光電調(diào)制器最佳偏置電壓的精確 控制，保證產(chǎn)生高對比度任意整形光脈沖。
[0012] 本發(fā)明設(shè)計的一種基于電光調(diào)制器的光脈沖整形裝置包括電光調(diào)制器和射頻驅(qū) 動器，還包括分束器、光電探測器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和微處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元。
[0013] 信號光接入電光調(diào)制器，對信號光進(jìn)行幅度調(diào)制，產(chǎn)生整形脈沖，電光調(diào)制器再連 接分束器，分束器將調(diào)制后的信號光分為2束，其中占比較大的光束為本裝置的輸出，另一 占比較小的光束作為監(jiān)測光接入光電探測器，光電探測器的輸出經(jīng)放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元 接入微處理器，微處理器由光電探測器獲取監(jiān)測信號，微處理器的控制信號接射頻驅(qū)動器 和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，電調(diào)制信號接入射頻驅(qū)動器;射頻驅(qū)動器和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的輸出接入電 光調(diào)制器，射頻驅(qū)動器根據(jù)微處理器的控制信號對電調(diào)制信號放大后加載到電光調(diào)制器， 數(shù)模轉(zhuǎn)換單元將微處理器的偏置電壓信號轉(zhuǎn)換為模擬信號送入到電光調(diào)制器，使電光調(diào)制 器工作于適當(dāng)?shù)钠秒妷骸?br>[0014] 所述輸入的信號光為線偏振連續(xù)激光。本裝置輸出信號光為脈沖寬度ns級、頻率1 ~1kHz的低頻窄脈沖光。
[0015] 所述電光調(diào)制器、分束器和光電探測器適用于信號光波長，經(jīng)光纖連接。
[0016] 所述的分束器分出的占比較大的輸出光束占 90~99%，其余的作為監(jiān)測光輸出到 光探測器。
[0017] 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的采樣周期大于光電調(diào)制器輸出的信號光的脈沖寬度，采樣頻 率大于光電調(diào)制器輸出的信號光的脈沖頻率5~15倍，從而本模數(shù)轉(zhuǎn)換器可在兩個脈沖間 連續(xù)采樣5~15次，所得的5~15個采樣值中最多只會包含光脈沖的一個最大值，將其剔除， 其余值即反映當(dāng)前偏置電壓下的透過光強(qiáng)。
[0018] 所述電光調(diào)制器件為波導(dǎo)型鈮酸鋰電光強(qiáng)度調(diào)制器。
[0019] 所述電調(diào)制信號由波形發(fā)生器產(chǎn)生。
[0020] 所述的光電探測器為PIN型光電二極管。
[0021] 本發(fā)明一種基于電光調(diào)制器的光脈沖整形方法，采用本發(fā)明的基于電光調(diào)制器的 光脈沖整形裝置，包括以下步驟：
[0022] 步驟1、確認(rèn)最佳偏置電壓
[0023]系統(tǒng)通電、啟動進(jìn)行初始化，取將要進(jìn)行脈沖整形的某波長信號光輸入電光調(diào)制 器，射頻驅(qū)動器正常工作。
[0024]在不同的偏置電壓下，透過電光調(diào)制器輸出的信號光強(qiáng)弱不同。選擇信號光透過 的強(qiáng)度最小時對應(yīng)的偏置電壓為最佳偏置電壓。
[0025] 本發(fā)明微處理器通過光電探測器得到監(jiān)測光強(qiáng)度變化，確定光電調(diào)制器輸出的信 號光強(qiáng)度。
[0026] 微處理器搜索掃描該波長信號光最佳偏置電壓點(diǎn)，遍歷光電調(diào)制器的各偏置電壓 點(diǎn)，即從最高偏置電壓遍歷到最低偏置電壓，微處理器的電壓控制指令經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn) 換后送入光電調(diào)制器，在各偏置電壓點(diǎn)監(jiān)測光在光電探測器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，并經(jīng)模 數(shù)轉(zhuǎn)換單元采樣送入微處理器，即微處理器接收對應(yīng)電光調(diào)制器輸出的監(jiān)測光光強(qiáng)度對應(yīng) 的電信號采樣值。
[0027] 光電探測器反映信號光脈沖的完整形狀，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的采樣周期大于輸出脈沖 寬度，也即是說模數(shù)轉(zhuǎn)換單元連續(xù)兩次采樣所得的數(shù)據(jù)最多只有一個包含輸出光脈沖信 息。電光調(diào)制器雖然具備高達(dá)30dB的高消光比，但仍有部分信號光的功率泄漏過來，在輸入 光為連續(xù)光且功率大于lyw的情況下，可在電光調(diào)制器輸出端檢測到泄漏的功率。本裝置輸 出脈沖寬度為ns級、頻率1~1 kHz的低頻窄脈沖，占空比很小，本發(fā)明在每個偏置電壓點(diǎn)進(jìn) 行多次采樣，剔除多個采樣值中的最大值后計算平均值，以此平均值作為該偏置電壓點(diǎn)監(jiān) 測光的光強(qiáng)度采樣值。采樣的次數(shù)為5~15次。
[0028]微處理器依次獲得各偏置電壓下的監(jiān)測光光強(qiáng)度采樣值，比較各監(jiān)測光光強(qiáng)度采 樣值，以監(jiān)測光光強(qiáng)度采樣值最小的所對應(yīng)的偏置電壓為最佳偏置電壓