[发明专利]脉冲光纤激光器及激光脉冲生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光脉冲技术，特别是一种脉冲光纤激光器以及激光脉冲生成方法。

背景技术

未来新一代的先进加速器光源需要高平均功率电子源和高质量的电子束团，以获得较高的平均亮度。目前高质量的电子束团需要利用光阴极技术来产生，每个激光脉冲产生一个电子束团。因而光阴极驱动激光系统决定着产生的电子束团的时间结构和电子束质量。高平均功率的光阴极，需要使用高平均功率的高重复频率连续运行的激光系统。

加速器系统在调试时，束流诊断系统不能耐受很大的功率。调试过程中电子束团运转轨道没有处在优化状态，高能量电子束团容易散失到真空管道上，撞击管壁导致产生大量的额外辐射剂量，即使电子正常运行，通常的束流诊断大都需要介入式探测，连续大功率束流撞击监测靶，会产生大量辐射，所以通常需要运行在宏脉冲（含有多个脉冲的脉冲串）工作模式。

当机器启动运行时，为保证整个系统的良好运转，最好的方案是保持单个脉冲电荷量不变,脉冲的重复频率逐渐提高，从而逐步提高机器运行的平均流强。虽然保持脉冲重复频率不变，逐步提高每个束团的电荷，也可以逐步提高流强，但是束团的电荷量不同，沿着真空管道敷设的束流光学系统的各个部件的指标都要调整，这是很困难的事情。

电子的束团的上述运行方式都是靠调整光阴极驱动激光来实现的，激光的通断决定着电子束团的有无。目前的宏脉冲工作模式目前基本上都是用大功率的电光开关或声光开关来截取一段激光脉冲形成脉冲串结构，或通过间隔选取激光脉冲来改变脉冲重复频率。而高重复频率的渐增的模式目前还没有方法来实现。

高平均功率的光阴极，使用高平均功率的高重复频率（GHz）连续运行的皮秒脉冲激光系统。由于需要激光系统具有良好的性能，一般采用主振荡器加功率放大的激光结构，振荡源提供所需要的脉冲结构，后续的功率放大器提升激光脉冲功率。通常的激光功率放大器为多级放大器结构,以避免噪声。如目前使用的光纤放大器，需要把激光振荡源毫瓦级脉冲放大到百瓦,通常需要三级放大器，以保证每一级放大控制在几十倍之内。

目前的光调制模式基本上是在激光系统放大器之后功率最大的地方进行用电光调制器进行开关，获得需要的脉冲串。根据Cornell大学的经验，大功率的电光晶体，由于电压很高，开关速度不是很快（5ns），对于高平均功率的高重复频率如GHz的脉冲，由于开光速度低，形成的脉冲串在脉冲的前端和后端电荷量逐渐变化的情况（如图1所示），图1是一个典型激光系统示意图。图1中，1为激光振荡源，产生的脉冲串1a，2为激光放大器，2a为经放大器放大后的脉冲串，3为射频信号控制的大功率光调制器，3a为希望获得的脉冲串，而3a1为实际产生激光脉冲串。大功率光调制器开关速度低，无法形成的很窄的脉冲（串）结构或高重复频率的单脉冲序列。另外这些电光开关耐受功率也不是很大（50W），调制开关的占空比也做得很有限（5%），所以高重复频率下的重复频率渐增的模式目前还无法实现。