专利名称：数字信号调制的高重复率钛宝石飞秒脉冲放大器的制作方法
技术领域：
本发明属于信息技术领域，具体涉及到数字信号调制的高重复率钛宝石飞秒脉冲放大器。
背景技术：
飞秒激光脉冲能在飞秒(10-15s)时间内将极高峰值功率的能量沉积在透明介质内，导致介质的物理化学性质(如晶体结构、折射率、结合键等)发生永久性改变，其作用机理是飞秒激光与物质的非线性相互作用，这种非线性相互作用有着明显的阈值，作用面积可以远小于入射激光的衍射极限。利用这些特性，可以在各种透明介质(如熔融石英玻璃等)内部制作纳米尺度的烧蚀点，这种技术还可用来制造光波导器件、光衍射元件和实现高密度三维光存储。要很好地完成这些工作，首先需要对飞秒脉冲激光进行信号调制，即用预先设计好的数据信号调制激光脉冲序列，使得由激光器输出的激光脉冲中含有数字信号信息。
目前，利用飞秒激光研究物质的非线性过程所用的激光器多数都是高功率的超短脉冲激光放大器，对此类激光器的调制缺少有效的方法。传统的连续激光器的调制方法是对激光器的工作电源或光电元件进行调制。而飞秒脉冲激光器不仅需保证工作电压的稳定，而且在飞秒脉冲的放大过程中还需要达到时间上的精密同步，因此不能用传统的连续激光器的调制方法对飞秒脉冲激光进行调制。
专利号为02139532、发明名称为《无展宽器的高重复率钛宝石啁啾脉冲再生放大器》中国专利，能产生出脉冲重复频率固定的飞秒激光脉冲，这种激光束中不载信息。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于为了将放大的飞秒激光脉冲用于数字信息处理，提供一种受数字信号调制的数字信号调制的高重复率钛宝石飞秒脉冲放大器。
解决上述技术问题所采用的技术方案是在安装板上第一条水平光轴方向的一侧设置有绿光泵浦源、另一侧设置有后凹面镜，后凹面镜与第一条水平光轴方向的反向成10°～20°的夹角，在安装板上第一条水平光轴方向绿光泵浦源的内侧设置有聚焦透镜、后凹面镜[5]的内侧设置有钛宝石晶体，在安装板上第一条水平光轴方向聚焦透镜与钛宝石晶体之间设置有前凹面镜，在安装板上第二条水平光轴方向的一侧设置有拆叠角平面反射镜、另一侧设置有下端面平面反射镜，拆叠角平面反射镜的入射光线与第二条水平光轴正向的夹角为10°～20°，在安装板上第二条水平光轴方向拆叠角平面反射镜内侧设置有薄膜偏振片、下端面平面反射镜的内侧设置有普克尔盒，薄膜偏振片与第二条水平光轴正向的夹角β为-147.5°，在安装板上第三条水平光轴方向的一侧设置有光束引导反射镜、另一侧设置有导光反射镜，光束引导反射镜与第三条水平光轴正向的夹角为135°，导光反射镜与第三条水平光轴负向的夹角为135°，在安装板上第三条水平光轴方向光束引导反射镜的内侧设置有隔离器、导光反射镜的内侧设置有分束镜，分束镜的反射光线与第三条水平光轴方向正向夹角γ为-25°～-45°，在安装板上第三条水平光轴方向隔离器与分束镜之间设置有半波片，在安装板上设置有上端面平面反射镜，上端面平面反射镜的反射光线与水平光轴方向正向夹角α为5°～7°，在安装板上光束引导反射镜的垂直光轴方向上设置有光束转向反射镜、下设置有光电转换器，光束转向反射镜与水平光轴负向的夹角为45°，在安装板上与光束转向反射镜水平光轴方向的负向设置有钛宝石振荡器，在安装板上还设置有普克尔盒控制电源，普克尔盒控制电源通过电缆与绿光泵浦源、普克尔盒、光电转换器相连接，在安装板外还设置有电脉冲调制装置，电脉冲调制装置通过导线与普克尔盒控制电源和普克尔盒相连接。
本发明的电脉冲调制装置包括计算机以及设置在电路板上的与门、移位寄存器、D触发器，与门通过导线与普克尔盒控制电源、D触发器相连接，D触发器通过导线与移位寄存器相连接，移位寄存器通过电缆与计算机相连接。
本发明用预先设计好的数据信号调制激光脉冲序列，使得由激光器输出的激光脉冲中含有数字信号信息，能输出受到数字信号调制的脉冲放大的飞秒激光脉冲。它具有体积小、放大功率强、输出光斑之间没有像差等优点。这种载有数字信号的飞秒激光脉冲可广泛应用于飞秒脉冲的信息处理和数据存储技术领域。
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2是图1中电脉冲调制装置10的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1本实施例的数字信号调制的高重复率钛宝石飞秒脉冲放大器是由绿光泵浦源1、聚焦透镜2、前凹面镜3、钛宝石晶体4、后凹面镜5、上端面平面反射镜6、薄膜偏振片7、下端面平面反射镜8、普克尔盒9、电脉冲调制装置10、导光反射镜11、分束镜12、普克尔盒控制电源13、半波片14、拆叠角平面反射镜15、隔离器16、光电转换器17、光束引导反射镜18、光束转向反射镜19、钛宝石振荡器20、安装板21联接构成。
在安装板21上第一条水平光轴方向的一侧安装有绿光泵浦源1、另一侧安装有后凹面镜5，绿光泵浦源1的波长为520～540nm，重复频率1～5000Hz，单脉冲能量1～3mJ，绿光泵浦源1为本发明提供绿光泵浦激光源，后凹面镜5与第一条水平光轴方向的反向成15°的夹角，后凹面镜5的曲率半径为350mm，在后凹面镜5的镜面上真空蒸镀有全反膜，全反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀38层。在安装板21上第一条水平光轴方向绿光泵浦源1的内侧安装有聚焦透镜2、后凹面镜5的内侧安装有钛宝石晶体4，聚焦透镜2的曲率半径为300mm，在聚焦透镜2的镜面上真空蒸镀有增透膜，增透膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀4层，钛宝石晶体4的长度为12mm，钛宝石晶体4用于放大光脉冲的增益介质。在安装板21上第一条水平光轴方向聚焦透镜2与钛宝石晶体4之间安装有前凹面镜3，前凹面镜3的曲率半径为350mm，在前凹面镜3的镜面上真空蒸镀有全反膜，全反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀38层。
在安装板21上第二条水平光轴方向的一侧安装有拆叠角平面反射镜15、另一侧安装有下端面平面反射镜8，拆叠角平面反射镜15的入射光线与第二条水平光轴的正向夹角为15°，下端面平面反射镜8与第二条水平光轴的负向夹角为90°，在拆叠角平面反射镜15、下端面平面反射镜8的镜面上真空蒸镀有高反膜，高反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀32层。在安装板21上第二条水平光轴方向拆叠角平面反射镜15内侧安装有薄膜偏振片7、下端面平面反射镜8的内侧安装有普克尔盒9，薄膜偏振片7与第二条水平光轴正向的夹角β为-147.5°，薄膜偏振片7表面真空蒸镀有反射膜，反射膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀24层，薄膜偏振片7将种子光反射到由前凹面镜3、后凹面镜5、上端面平面反射镜6、下端面平面反射镜8、拆叠角平面反射镜15构成的再生放大腔中进行放大。普克尔盒9用于注入被放大的种子光和输出放大的光脉冲。
在安装板21上第三条水平光轴方向的一侧安装有光束引导反射镜18、另一侧安装有导光反射镜11，光束引导反射镜18与第三条水平光轴正向的夹角为135°，导光反射镜11与第三条水平光轴负向的夹角为135°，导光反射镜11和光束引导反射镜18的表面真空蒸镀有高反膜，高反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀32层。在安装板21上第三条水平光轴方向光束引导反射镜18的内侧安装有隔离器16、导光反射镜11的内侧安装有分束镜12，分束镜12的反射光线与第三条水平光轴方向正向夹角γ为-35°，分束镜12的表面真空蒸镀有高反膜，高反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀32层。在安装板21上第三条水平光轴方向隔离器16与分束镜12之间安装有半波片14，半波片14表面真空蒸镀有高反膜，高反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀32层。
在安装板21上安装有上端面平面反射镜6，上端面平面反射镜6反射光线与水平光轴方向正向夹角α为6°，上端面平面反射镜6的表面真空蒸镀有高反膜，高反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀32层。在安装板21上分束镜18的垂直光轴方向上安装有光束转向反射镜19、下安装有光电转换器17，光束转向反射镜18与垂直光轴的负向夹角为45°，光束转向反射镜19的表面真空蒸镀有高反膜，高反膜的材料为二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀32层，光电转换器17将所接收分束镜18的光转换成电信号输出。在安装板21上与光束转向反射镜19水平光轴方向的负向安装有钛宝石振荡器20，钛宝石振荡器20的频率为70～110MMHz，脉冲宽度小于200飞秒，平均功率大于300mW，钛宝石振荡器20是另外一个激光器。在安装板21上还安装有普克尔盒控制电源13，普克尔盒控制电源13通过电缆与绿光泵浦源1、普克尔盒9、光电转换器17相连接，普克尔盒控制电源13将80MHz的频率变为1KHz的电信号，再将1KHz的电信号分为两路，一路用来触发绿光泵浦源1，另一路输入到电脉冲调制装置10中。电脉冲调制装置10使其加载上有用的数字信息，再分成相同的二路进入普克尔盒控制电源13中，加上不同的到可变延迟后，连接在普克尔盒9上，分别用来触发种子注入的时间和腔倒空的时间。
在图1、2中，本实施例的电脉冲调制装置10是由与门10-1、移位寄存器10-2、D触发器10-3、计算机10-4、电路板10-5连接构成，与门10-1的型号为74LS08，移位寄存器10-2的型号为74LS166，D触发器10-3的型号为74LS175。与门10-1、移位寄存器10-2、D触发器10-3安装在电路板10-5上，与门1通过导线与普克尔盒控制电源13、D触发器3相连接，D触发器3通过导线与移位寄存器2相连接，移位寄存器2通过电缆与计算机4相连接。电脉冲调制装置10的工作受到计算机10-4的控制，将有用的二进制数字信息加载到输入的电脉冲信号上，再输出到普克尔盒控制电源13。
实施例2在本实施例中，后凹面镜5与第一条水平光轴方向的反向成10°的夹角，拆叠角平面反射镜15的入射光线与第二条水平光轴正向的夹角为10°，上端面平面反射镜6反射光线与水平光轴方向正向夹角α为5°，分束镜12的反射光线与第三条水平光轴方向正向夹角γ为-25°。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例3在本实施例中，后凹面镜5与第一条水平光轴方向的反向成20°的夹角，拆叠角平面反射镜15的入射光线与第二条水平光轴正向的夹角为20°，上端面平面反射镜6反射光线与水平光轴方向正向夹角α为7°，分束镜12的反射光线与第三条水平光轴方向正向夹角γ为-45°。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
本发明的工作原理如下在图1中，钛宝石振荡器20输出的脉冲重复率80MHz、脉冲宽度小于100飞秒的种子光经45°光束转向反射镜19变向，光束引导反射镜18将种子光分为两束。10％的透射光被光电转换器17接收，另外90％的反射光经过隔离器16后，准备注入到振荡腔中。光电转换器17将接受到的10％的透射种子光转换为重复率为80MHz的电脉冲信号，输入到普克儿盒控制电源13，普克尔盒控制电源13中的分频器对80兆赫兹的电信号进行分频，产生1K赫兹的2路TTL电信号。一路用来触发放大器的绿光泵浦源1，绿光泵浦源1输出的光束，经过聚焦透镜2、将光束聚焦到钛宝石晶体4中，使得钛宝石的粒子数发生反转。上端面平面反射镜6、下端面平面反射镜8、拆叠角平面反射镜15、前凹面镜3、后凹面镜5构成了钛宝石再生放大腔。另一路送入电脉冲调制装置10中，受到二进制数字信号的调制后，对普克尔盒9进行控制。电脉冲调制装置10由与10-1、移位寄存器10-2、D触发器10-3、计算机10-4、电路板10-5连接构成，电脉冲调制装置10的工作受到计算机10-4的控制，计算机10-4将数字信号输送到移位寄存器10-2中，D触发器10-3顺序地从移位寄存器1-2中取出二进制数据位。当二进制数据为1时，输出一个高电平，二进制数据为0时，输出一个低电平，移位寄存器10-2当前数据位自动变为下一个二进制位。两路电信号经与门10-1后输出，得到由数字信号调制了的TTL电信号。此信号分为两路，由普克尔盒控制电源13的延迟器分别加载τ1和τ2的时间延迟后，触发普克尔盒9的高压开关，分别控制普克尔盒9的种子光注入和腔倒出。光束引导反射镜18将90％的入射激光输入到隔离器16和半波片14中，将光束的偏振方向由水平偏振转换成垂直偏振。再经过90/10的分束镜12，10％的透射光通过导光反射镜11，入射到薄膜偏振片7上。薄膜偏振片7将偏振方向垂直的种子光反射到普克尔盒9中。由于此时普克尔盒9在零偏置工作状态，相当于四分之一波片，光脉冲往返普克尔盒9一次，偏振方向旋转90°变为水平的，透过薄膜偏振片7进入放大器中；在注入到放大器中的激光脉冲第一次返回普克尔盒9前，经过延迟τ1的TTL触发信号变为高电平，触发普克尔盒9的高压开关，给普克尔盒9加上四分之一波长电压(使其o光和e光间的光程差再增加四分之一波长的电压)，普克尔盒9变成半波片，激光脉冲经过普克尔盒9往返一次，其偏振方向维持不变，光脉冲得以在放大器中来回振荡，被多次放大，而不会由薄膜偏振片7反射出振荡腔。同时，在激光脉冲放大期间，注入到普克尔盒9中的种子光脉冲的偏振方向也不会发生改变，从而由薄膜偏振片7反射出放大腔，放大腔中不再接收种子光的注入。在振荡腔中放大的激光脉冲能量达到饱和时，延迟τ2的TTL电信号触发普克尔盒9，使其恢复到零偏置工作状态，将放大了的激光脉冲的偏振方向由水平转变为垂直的，使得此脉冲经过薄膜偏振片7、导光反射镜11和分束镜12从放大器中输出。得到被数字信号调制的放大了的激光脉冲序列。
权利要求
1.一种数字信号调制的高重复率钛宝石飞秒脉冲放大器，在安装板[21]上第一条水平光轴方向的一侧设置有绿光泵浦源[1]、另一侧设置有后凹面镜[5]，后凹面镜[5]与第一条水平光轴方向的反向成10°～20°的夹角，在安装板[21]上第一条水平光轴方向绿光泵浦源[1]的内侧设置有聚焦透镜[2]、后凹面镜[5]的内侧设置有钛宝石晶体[4]，在安装板[21]上第一条水平光轴方向聚焦透镜[2]与钛宝石晶体[4]之间设置有前凹面镜[3]，在安装板[21]上第二条水平光轴方向的一侧设置有拆叠角平面反射镜[15]、另一侧设置有下端面平面反射镜[8]，拆叠角平面反射镜[15]的入射光线与第二条水平光轴正向的夹角为10°～20°，在安装板[21]上第二条水平光轴方向拆叠角平面反射镜[15]内侧设置有薄膜偏振片[7]、下端面平面反射镜[8]的内侧设置有普克尔盒[9]，薄膜偏振片[7]与第二条水平光轴正向的夹角β为-147.5°，在安装板[21]上第三条水平光轴方向的一侧设置有光束引导反射镜[18]、另一侧设置有导光反射镜[11]，光束引导反射镜[18]与第三条水平光轴正向的夹角为135°，导光反射镜[11]与第三条水平光轴负向的夹角为135°，在安装板[21]上第三条水平光轴方向光束引导反射镜[18]的内侧设置有隔离器[16]、导光反射镜[11]的内侧设置有分束镜[12]，分束镜[12]的反射光线与第三条水平光轴方向正向夹角γ为-25°～-45°，在安装板[21]上第三条水平光轴方向隔离器[16]与分束镜[12]之间设置有半波片[14]，在安装板[21]上设置有上端面平面反射镜[6]，上端面平面反射镜[6]的反射光线与水平光轴方向正向夹角α为5°～7°，在安装板[21]上光束引导反射镜[18]的垂直光轴方向上设置有光束转向反射镜[19]、下设置有光电转换器[17]，光束转向反射镜[18]与水平光轴负向的夹角为45°，在安装板[21]上与光束转向反射镜[18]水平光轴方向的负向设置有钛宝石振荡器[20]，在安装板[21]上还设置有普克尔盒控制电源[13]，普克尔盒控制电源[13]通过电缆与绿光泵浦源[1]、普克尔盒[9]、光电转换器[17]相连接，其特征在于在安装板[21]外还设置有电脉冲调制装置10，电脉冲调制装置10通过导线与普克尔盒控制电源[13]和普克尔盒[9]相连接。
2.按照权利要求1所说的数字信号调制的高重复率钛宝石飞秒脉冲放大器，其特征在于所说的电脉冲调制装置10包括计算机[10-4]以及设置在电路板[10-5]上的与门[10-1]、移位寄存器[10-2]、D触发器[10-3]，与门[10-1]通过导线与普克尔盒控制电源[13]、D触发器[10-3]相连接，D触发器[10-3]通过导线与移位寄存器[10-2]相连接，移位寄存器[10-2]通过电缆与计算机[10-4]相连接。
全文摘要
一种数字信号调制的高重复率钛宝石飞秒脉冲放大器，在安装板上第一条水平光轴方向设绿光泵浦源、后凹面镜、聚焦透镜、钛宝石晶体、前凹面镜，在第二条水平光轴方向设折叠角平面反射镜、下端面平面反射镜、薄膜偏振片、普克尔盒，在第三条水平光轴方向设光束引导反射镜、导光反射镜、隔离器、分束镜、半波片，在安装板上还设上端面平面反射镜、光束引导反射镜、光束转向反射镜、光电转换器、钛宝石振荡器、普克尔盒控制电源，在安装板外还设由计算机，以及与安装在线路板上的与门、移位寄存器、D触发器连接成的电脉冲调制装置。它具有体积小、放大功率强、输出光斑之间没有像差等优点。可应用于飞秒脉冲的信息处理和数据存储技术领域。
文档编号H01S3/00GK1529389SQ0313461
公开日2004年9月15日 申请日期2003年9月25日 优先权日2003年9月25日
发明者陈国夫, 刘青, 程光华, 赵卫, 王屹山 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所