一种超连续谱的耦合控制装置及控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种超连续谱的耦合控制装置及控制方法，从激光器输出的激光束经过调节单元后通过有楔角的反射镜产生反射光R1、反射光R2和透射光T1，反射光R1进入耦合模块产生超连续谱，根据透射光T1的近场和反射光R2的远场对调节单元进行一级控制，一级控制完成后根据超连续谱的信息对调节单元进行二级控制，通过控制调节单元改变反射光R1注入到耦合模块的指向，产生超连续谱。本发明能够解决由于风机气流、振动环境、机械应力等引起的超连续谱的动态漂移问题，实现超连续谱稳定输出。
【专利说明】
一种超连续谱的耦合控制装置及控制方法
技术领域
[0001 ]本发明属于激光技术领域，具体涉及一种超连续谱的耦合控制装置及控制方法，能够根据光束近场、远场和超连续谱控制注入光束的指向，实现超连续谱稳定输出。
【背景技术】
[0002]光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术利用非线性晶体取代传统激光放大器中的常规增益介质，能显著提高输出脉冲的信噪比，具有高增益和宽增益带宽等优点，有望进一步提高输出激光的峰值功率。然而，在OPCPA过程中，只有当栗浦光和信号光同步入射到非线性晶体中，满足相位匹配的情况下信号光才能被有效放大。因此，OPCPA系统中栗浦光和信号光的精密同步是个关键问题。
[0003]栗浦光和信号光的同步方法主要有:(I)栗浦光和信号光来自不同的振荡器，栗浦光脉宽较宽，信号光脉宽较窄，利用同步机等实现二者的同步，这种方式同步精度较低，一般为几十ps;(2)栗浦光和信号光由同一个振荡器分束产生，栗浦光首先与非线性介质作用产生超连续谱，将该超连续谱作为注入信号。由于栗浦光和信号光来源于同一个振荡器，这种方式容易实现两光束间的精确同步，同步精度可达f s，而且在实现两束光精确同步的同时还可得到较宽的调谐范围，因此超连续谱注入是一种较好的同步方式。
[0004]利用普通的非线性介质产生超连续谱时，其光谱特性不易控制，且所需的脉冲激光功率很高，目前常用的是光子晶体光纤。光子晶体光纤具有高非线性和灵活的色散特性等特点，这些都有利于超连续谱的产生。OPCPA系统中产生超连续谱时，需要将飞秒超短脉冲激光聚焦到光子晶体光纤上，通过控制聚焦在光子晶体光纤上的功率，产生不同光谱成分的超连续谱。OPCPA系统对超连续谱的光谱成分有严格要求，而光子晶体光纤纤芯直径很小(如NKT公司生产的NL-PM-750，纤芯直径为1.6 ± 0.3 μπι，约为头发丝的1/50)，这导致在产生超连续谱的过程中，聚焦到光子晶体光纤上的功率极易受风机气流、振动环境、机械应力等因素的影响，从而引起输出的超连续谱发生动态漂移。
【发明内容】
[0005]为了解决已有技术中超连续谱的动态漂移问题，本发明提供一种超连续谱的耦合控制装置及控制方法，能够实现超连续谱稳定输出。
[0006]本发明的技术方案如下:
本发明的超连续谱的耦合控制装置，其特点是，所述的耦合控制装置包括激光器、调节单元、反射镜、探测模块1、耦合模块、探测模块I1、成像模块、探测模块III和处理模块，从激光器输出的激光束经过调节单元后入射到反射镜，通过反射镜分别产生透射光Tl、反射光Rl、反射光R2，透射光Tl入射到探测模块I，通过探测模块I进行近场采集，反射光Rl进入耦合模块产生超连续谱，超连续谱的信息通过探测模块II进行采集，反射光R2进入成像模块后通过探测模块III进行远场采集，处理模块根据采集得到的透射光Tl的近场和反射光R2的远场对调节单元进行一级控制，一级控制完成后处理模块再根据超连续谱的信息对调节单元进行二级控制，通过控制调节单元改变反射光Rl注入到親合模块的指向，实现超连续谱稳定输出。
[0007]所述的反射光Rl为激光束经过反射镜的前表面产生的反射光。
[0008]所述的反射光R2为激光束经过反射镜的后表面产生的反射光。
[0009]所述的耦合模块中含有显微物镜、非线性介质，非线性介质采用光子晶体光纤。
[0010]用于超连续谱的耦合控制装置的控制方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步骤:
1).预先调试光路，产生满足要求的超连续谱，此时由探测模块I采集的近场、由探测模块III采集的远场和由探测模块II采集的超连续谱分别为基准近场、基准远场和基准超连续谱；
2).采集当前透射光Tl的近场、反射光R2的远场以及反射光Rl进入耦合模块产生的超连续谱；
3).根据当前透射光Tl的近场相对于基准近场的偏移以及当前反射光R2的远场相对于基准远场的偏移对调节单元进行一级控制，使透射光Tl的近场相对于基准近场的偏移以及反射光R2的远场相对于基准远场的偏移满足设定的条件；
4).采用最优化算法，以当前超连续谱与基准超连续谱的相似度作为优化指标，对调节单元进行二级控制，使当前超连续谱与基准超连续谱的相似度满足设定的条件；
5).重复I)?4)，进入下一次循环或者结束。
[0011]本发明的原理是:超连续谱的光谱与聚焦到光子晶体光纤上的光束功率紧密相关，通过主动方式调节光束注入到耦合模块的指向可以改变聚焦到光子晶体光纤上的功率，产生设定的超连续谱，解决超连续谱的动态漂移问题。
[0012]本发明的有益效果是:
(I)本发明通过主动控制光束注入到耦合模块的指向来解决由于风机气流、振动环境、机械应力等引起的超连续谱的动态漂移问题，为OPCPA系统提供稳定的超连续谱，利用光束近场和远场进行一级控制，利用超连续谱进行二级控制，兼顾了大范围和高精度的特点，实用性强。
[0013](2)利用超连续谱信息进行二级控制时，以采集的超连续谱与基准超连续谱的相似度作为优化指标，采用最优化算法通过多次迭代实现，只要基准超连续谱在现有的光路情况下可以产生，理论上就可以实现该超连续谱的稳定输出，这种方式灵活性强，应用场合广，可以满足多样的应用需求。
【附图说明】
[0014]图1为本发明超连续谱的耦合控制装置的结构框图；
图2为本发明中的调节单元的结构示意图；
图3(a)为本发明采集的基准超连续谱；
图3(b)为本发明采集的控制过程中的超连续谱；
图3(c)为本发明采集的控制完成后的超连续谱；
图中，1.激光器2.调节单元3.反射镜4.探测模块I 5.耦合模块6.探测模块II 7.成像模块8.探测模块III 9.处理模块。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图及【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0016]以下实施例仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。有关技术领域的人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化、替换和变型，因此同等的技术方案也属于本发明的范畴。
[0017]实施例1
图1为本发明超连续谱的耦合控制装置的结构框图，图2为本发明中的调节单元的结构示意图，图3(a)为本发明采集的基准超连续谱，图3(b)为本发明采集的控制过程中的超连续谱，图3(c)为本发明采集的控制完成后的超连续谱。在图1?图3(c)中，本发明的超连续谱的耦合控制装置，包括激光器1、调节单元2、反射镜3、探测模块14、耦合模块5、探测模块116、成像模块7、探测模块1118和处理模块9，从激光器I输出的激光束经过调节单元2后入射到反射镜3，通过反射镜3分别产生透射光Tl、反射光Rl、反射光R2，透射光Tl入射到探测模块14，通过探测模块14进行近场采集，反射光Rl进入耦合模块5产生超连续谱，超连续谱的信息通过探测模块116进行采集，反射光R2进入成像模块7后通过探测模块III8进行远场采集，处理模块9根据采集得到的透射光Tl的近场和反射光R2的远场对调节单元2进行一级控制，一级控制完成后处理模块9再根据超连续谱的信息对调节单元2进行二级控制，通过控制调节单元2改变反射光Rl注入到親合模块5的指向，实现超连续谱稳定输出。
[0018]所述的反射光Rl为激光束经过反射镜3的前表面产生的反射光。
[0019]所述的反射光R2为激光束经过反射镜3的后表面产生的反射光。
[0020]所述的耦合模块5中含有显微物镜、非线性介质，非线性介质采用光子晶体光纤。
[0021]本发明中的调节单元采用图2所示的结构，由反射镜RMl和反射镜RM2组成。
[0022]本发明中最优化算法采用随机并行梯度下降算法，相似度采用互相关系数法，取相似度条件为0.99，超连续谱的耦合控制方法的具体过程如下:
步骤一、预先调试光路，产生满足要求的超连续谱，此时由探测模块I采集的近场、由探测模块III采集的远场和由探测模块II采集的超连续谱分别为基准近场、基准远场和基准超连续谱，采集的基准超连续谱如图3(a)所示；
步骤二、采集当前透射光Tl的近场、反射光R2的远场以及反射光Rl进入耦合模块产生的超连续谱；
步骤三、根据当前透射光Tl的近场相对于基准近场的偏移以及当前反射光R2的远场相对于基准远场的偏移调节反射镜RMl和反射镜RM2，使透射光TI的近场移动到基准近场位置，反射光R2的远场移动到基准远场位置。若满足上述条件，则转到步骤四。
[0023]步骤四、采用随机并行梯度下降算法，以当前超连续谱与基准超连续谱的相似度作为优化指标，对反射镜RMl进行控制。若相似度多0.99，则转到步骤五。图3(b)为控制过程中采集的超连续谱，其与基准超连续谱的相似度为0.954。
[0024]步骤五、重复步骤一?步骤四进入下一次循环或者结束。图3(c)为控制完成后采集的超连续谱，其与基准超连续谱的相似度为0.999。
【主权项】
1.一种超连续谱的耦合控制装置，其特征在于:所述的耦合控制装置包括激光器(I)、调节单元(2)、反射镜(3)、探测模块1(4)、耦合模块(5)、探测模块11(6)、成像模块(7)、探测模块III(8)和处理模块(9);激光器(I)输出的激光束经过调节单元(2)后入射到反射镜(3)，通过反射镜(3)分别产生透射光Tl、反射光Rl、反射光R2，透射光Tl入射到探测模块I(4)，通过探测模块1(4)进行近场采集;反射光Rl进入耦合模块(5)产生超连续谱，超连续谱的信息通过探测模块11(6)进行采集;反射光R2进入成像模块(7)后通过探测模块111(8)进行远场采集;处理模块(9)根据采集得到的透射光Tl的近场和反射光R2的远场对调节单元(2)进行一级控制，一级控制完成后处理模块(9)再根据超连续谱的信息对调节单元(2)进行二级控制，通过控制调节单元(2)改变反射光Rl注入到親合模块(5)的指向，实现超连续谱稳定输出。2.根据权利要求1所述的超连续谱的耦合控制装置，其特征在于:所述的反射光Rl为激光束经过反射镜(3)的前表面产生的反射光。3.根据权利要求1所述的超连续谱的耦合控制装置，其特征在于:所述的反射光R2为激光束经过反射镜(3)的后表面产生的反射光。4.根据权利要求1所述的超连续谱的耦合控制装置，其特征在于:所述的耦合模块(5)中含有显微物镜、非线性介质，非线性介质采用光子晶体光纤。5.用于超连续谱的耦合控制装置的控制方法，其特征在于所述方法依次包括以下步骤: 1).预先调试光路，产生满足要求的超连续谱，此时由探测模块1(4)采集的近场、由探测模块111(8)采集的远场和由探测模块11(6)采集的超连续谱分别为基准近场、基准远场和基准超连续谱； 2).采集当前透射光Tl的近场、反射光R2的远场以及反射光Rl进入耦合模块产生的超连续谱； 3).根据当前透射光Tl的近场相对于基准近场的偏移以及当前反射光R2的远场相对于基准远场的偏移对调节单元(2)进行一级控制，使透射光Tl的近场相对于基准近场的偏移以及反射光R2的远场相对于基准远场的偏移满足设定的条件； 4).采用最优化算法，以当前超连续谱与基准超连续谱的相似度作为优化指标，对调节单元(2)进行二级控制，使当前超连续谱与基准超连续谱的相似度满足设定的条件； 5).重复I)?4)，进入下一次循环或者结束。
【文档编号】G02F1/35GK106019764SQ201610516646
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】母杰, 周凯南, 曾小明, 郭仪, 王逍, 左言磊, 朱启华, 周松, 谢娜, 王晓东, 黄小军, 吴朝辉, 黄征, 孙立, 李庆, 蒋东镔, 粟敬钦
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心