[发明专利]激光脉冲同步触发装置

说明书

技术领域

本发明是一种激光脉冲同步触发装置，主要适用于多路激光脉冲系统中高稳定性的信号触发，实现多路激光的脉冲信号之间以及激光信号与电信号之间的稳定的相对时间控制。其优点是脉冲间相对时间稳定性高，结构紧凑，工作稳定，光纤化，激光脉冲间相对时间抖动小于6ps(均方根)。

背景技术

在超短超强激光系统中，精确稳定的多路激光脉冲时间控制是一个重要技术，它对整个系统的可靠性和准确性有重要影响。如在长短脉冲联合驱动实验中，对探针光脉冲与主激光脉冲间的相对时间控制；在光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)中，对超短信号光与泵浦光的同步时间控制等均对脉冲之间的时间控制提出了很高的要求。

在时间控制方面，多路激光脉冲之间的相对时间稳定性，即多路激光脉冲间的严格同步是实现的难点。纳秒精度激光同步触发系统中，利用信号同步器的输出电脉冲作为多路延时器的电触发信号(参见在先技术[1]发明专利：多路激光脉冲同步触发装置，申请号200610025355.1)。因为信号同步器输出的电脉冲上升沿慢且幅度有限，触发过程中触发点会有纳秒量级的时间抖动。这种时间抖动使得多路激光脉冲信号间的相对时延稳定性限制在纳秒量级，不能满足更高精度的触发。

在激光脉冲同步触发系统中，电脉冲发生器或者多路延时器的触发信号必须具有足够的幅度、宽度及快速的上升沿，才可以减小及避免触发点相对于光源脉冲的相对时间抖动，获得高精度、高稳定性的同步触发，实现各路激光信号之间的相对时间稳定。目前使用的皮秒量级激光脉冲同步高精度触发装置中，多采用固体激光放大器对光信号进行放大，然后利用硅光电导开关实现光电转换产生满足上述要求的触发电信号(参见在先技术[2]，中国激光，2008，35(1)，31-34)。此方法成本高，结构庞大，调节复杂，且光信号的幅度变化会直接导致电触发信号幅度变化，进而影响多路激光脉冲间的相对时间。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有同步装置的不足，提供一种激光脉冲同步触发装置，将两个激光系统的输出光之间相对时间稳定性提高到皮秒量级；实现全光纤化，结构紧凑，成本低，降低光信号幅度变化对同步精度的影响。

本发明的技术解决方案如下：

一种激光脉冲同步触发装置，其特电在于它是由短脉冲激光系统、1×N分束器、光脉冲堆积器、高速光电管、快速比较器、电脉冲发生器、脉冲整形板、第一可调延迟器、长脉冲激光器、第二可调延迟器和振幅调制器构成，其连接关系是：

所述的短脉冲激光系统输出的短脉冲激光由所述的1×N分束器分成N束，其中N为2以上的正整数，分出的一束光通过所述的第一可调延迟器输出；分出的另一束光经所述的光脉冲堆积器后输出一个上升沿不变的宽光脉冲，所述的高速光电管将所述的光脉冲堆积器输出的宽光脉冲转化为具有相同形状的电信号脉冲，该电信号脉冲经所述的快速比较器输入所述的电脉冲发生器，该电脉冲发生器输出的电脉冲经所述的脉冲整形板后输入所述的振幅调制器的射频输入端；同时，所述的长脉冲激光器输出的长脉冲激光经过第二可调延迟器输入所述的振幅调制器，该振幅调制器在所述的射频输入端的电脉冲作用下，输出整形光脉冲，该整形光脉冲与经所述的第一可调延迟器输出的光脉冲之间具有可调的稳定的时间关系。

所述的短脉冲激光系统是皮秒锁模激光器，或者是飞秒锁模激光器，或者是锁模激光器与选单、放大等模块的组合激光系统。

所述的光脉冲堆积器的构成是：通过具有等时延的延时光纤对将一系列2×2端口50:50光纤耦合器串联而成，最终经多次分束合束输出的宽脉冲上升沿与输入短脉冲的上升沿相同，而脉冲宽度等于多次各分束脉冲的宽度拼接之和。

所述的光脉冲堆积器的构成是：使用1×N分束器与N×1合束器组合实现的脉冲堆积结构，或者是使用1×2分束器多次分束堆积结构，或使用2×1合束器多次合束堆积结构。

在所述的快速比较器和电脉冲发生器之间设有电放大器。

所述的长脉冲激光器是输出纳秒脉冲宽度或者微秒脉冲宽度激光脉冲的激光器或者激光系统。

所述的1×N分束器将短脉冲激光系统的输出光分出一束，通入光脉冲堆积器，光脉冲堆积器用来将短脉冲堆积得到上升沿不变的宽脉冲。由于分束光拼接、干涉效应和分束比的差别等原因，光脉冲堆积所得的宽脉冲顶部会带有很大的起伏。所述的高速光电管将光脉冲堆积器的输出光脉冲转化为相同波形的电脉冲，通入快速比较器。