专利名称：多路激光脉冲同步触发装置的制作方法
技术领域：
本发明与强激光系统有关，涉及一种包含单纵模泵浦激光器的多路激光脉冲同步触发装置，主要适用于以调Q激光器以及单纵模调Q激光器作为泵浦源的脉冲放大装置。
背景技术：
在啁啾脉冲放大(CPA)的超短超强激光系统中，特别是基于Tisapphire的CPA超短超强激光系统中，通过强激光泵浦激光介质，实现粒子数反转，此时，当待放大的种子脉冲通过激光介质时，即可实现脉冲能量放大。单纵模激光器中不存在模式竞争，具有稳定性好，光束质量高等优点，所以CPA超短超强激光系统的最后几级放大一般用单纵模的调Q激光器泵浦。在先技术中，杨晓东等人在他们的OPCPA系统中提供一种典型的激光脉冲时间同步装置(发明专利两路激光脉冲同步触发装置，申请号00127832.0)，结构如图1所示，包括飞秒激光振荡器1产生一高重复频率(75MHz)的锁模脉冲系列经过分束板2分成两束光，一束光射入到普克尔盒内的电光晶体3上，分出的另一束光射入到光电探测器10上，光电探测器10的输出连接到含有信号同步模块901和高压发生模块902的选脉冲驱动器9中信号同步模块901的射频输入端，同时信号同步模块901的触发输入端连接有信号发生器11.选脉冲驱动器9中的信号同步模块901的输出端同时连接有单路信号延时器8和两路信号延时器7，单路信号延时器8的输出端与选脉冲驱动器9中的高压发生模块902的输入端相连，高压发生模块902的输出端连接到普克尔盒内电光晶体3的开关上，两路信号延时器7上有第一路输出端701和第二路输出端702，通常的情况下，在使用时，第一路输出端701连接到调Q激光器5激光电源6中的闪光灯触发601上，第二路输出端702与调Q激光器5激光电源6中的调Q触发602相连，通过调节延时器8的延时信号和延时器7的两路延时信号可以实现两路激光同步。
上述同步装置，只能实现待放大的种子激光与一般的调Q泵浦激光器同步，由于单纵模调Q激光器的点灯信号与调Q信号之间有几个微秒的抖动，因此直接用飞秒激光振荡器的光信号是不能实现单纵模调Q激光器与待放大的种子光的精确同步的，并且上述装置不能用于低重复频率信号来同步高重复频率信号，例如当待放大的种子脉冲频率小于泵浦激光器频率，而泵浦激光器又需要种子脉冲信号触发时，就不能实现同步。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有的同步装置中所存在的不足，提供一种多路激光脉冲同步触发装置，它应不仅能够实现单纵模调Q激光器与待放大的种子光的同步，还能用于低重复频率激光器同步高重复频率激光器。
本发明的技术解决方案如下一种多路激光脉冲同步触发装置，其特征在于它是由激光器、分束板、光电探测器、多路延时器、调Q激光器、单纵模调Q激光器和信号同步器组成的，其连接关系是分束板将激光器的激光束分成两束光，分出的一束光入射到所述的光电探测器的输入端上，该光电探测器的输出端连接到所述的多路延时器的射频输入端，该多路延时器共有五路输出第一路输出端连接所述的调Q激光器的闪光灯触发端；第二路输出端连接所述的单纵模调Q激光器的LD触发端；第三路输出端连接信号同步器的高频输入端，单纵模调Q激光器的输出信号端连接所述的信号同步器的低频输入端，该信号同步器的信号输出端再连接所述的多路延时器的外触发端；第四路延时输出端连接调Q激光器的调Q触发端；第五路延时输出端连接单纵模调Q激光器的调Q触发端。
与在先技术相比，本发明具有显著的特点(1)通过从单纵模调Q激光器的预脉冲引出触发信号实现了与单纵模调Q激光器精确同步，同步精度可达ns量级。而在先技术中不能实现与单纵模调Q激光器ns量级的精确同步；(2)不仅可以用高重复频率激光器来同步触发低重复频率激光器，还可以用低重复频率激光器来同步触发高重复频率激光器，如可以用1Hz的信号来同步10Hz的信号，而在先技术中，只能实现高重复频率激光器同步触发低重复频率激光器；(3)所有激光器中的点灯和调Q由两个信号分别触发振荡器信号触发点灯，而单纵模激光器的预脉冲信号(由振荡器信号触发)触发调Q，而在先技术中，点灯和调Q都是直接由振荡器触发的；(4)主要通过一个信号同步器来实现用低重复频率激光器来同步触发高重复频率激光器，而在先技术中，没有信号同步器，因此，不能用低重复频率激光器来同步触发高重复频率激光器。
图1为在先技术的两路激光脉冲同步触发装置的线路示意图。
图2为本发明多路激光脉冲同步触发装置实施例1的线路示意图。
图3为本发明多路激光脉冲同步触发装置实施例2的线路示意图。
图4为本发明多路激光脉冲同步触发装置实施例3的线路示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图2，图2为本发明的多路激光脉冲同步触发装置的线路示意图，也是本发明实施例1的线路示意图。由图可见，本发明多路激光脉冲同步触发装置是由激光器12、分束板13、光电探测器14、多路延时器15、调Q激光器16、单纵模调Q激光器17和信号同步器18组成的，其连接关系是分束板13将激光器12的激光束分成两束光，分出的一束光入射到所述的光电探测器14的输入端上，另一束将被放大，该光电探测器14的输出端连接到所述的多路延时器15的射频输入端1501，该多路延时器15共有五路输出，第一路输出端1502连接所述的调Q激光器16的闪光灯触发端1601，第二路输出端1503连接所述的单纵模调Q激光器17的LD触发端1701，第三路输出端1504连接信号同步器18的高频输入端1801，单纵模调Q激光器17的输出信号端1702连接所述的信号同步器18的低频输入端1802，该信号同步器18的信号输出端1803再连接所述的多路延时器15的外触发端1505，第四路延时输出端1506连接调Q激光器16的调Q触发端1602，第五路延时输出端1507连接单纵模调Q激光器17的调Q触发端1703。
其中第二路输出的频率低于所述的第一，第二，第四，第五路输出的频率，单纵模调Q激光器17的LD触发后产生的激光预脉冲信号被内置的光电探测器接收到，其输出信号端1702连接信号同步器18的低频输入端1802上，信号同步器18产生时间与低频输入端信号同步，重复频率与高频输入端信号相同的信号，由信号输出端1803输出，再连接多路延时器15的外触发端1505，多路延时器15的第四，第五路输出都由这个外触发信号触发，第四路延时输出端1506连接调Q激光器16的调Q触发端1602，第五路延时输出端1507连接单纵模调Q激光器17的调Q触发端1703。
更进一步地说，本同步装置主要包括以下几个部分一个光电探测器14，用于接收作为振荡器的激光器12产生的射频飞秒激光脉冲同时产生相同重复频率的电信号；一台可以分别控制各个单路延时的多路延时器15，用于产生多个延时，其中第一路延时输出1502用于触发调Q激光器16的闪光灯1601；第二路延时输出1503触发单纵模调Q激光器17的LD1701；第三路延时输出1504用于输入到信号同步器18；第四路延时输出1506用于触发调Q激光器16的调Q1602，第五路延时输出1507用于触发单纵模调Q激光器17的调Q1703；一个信号同步器18，用于接收两个信号，一个较高频率的信号和一个较低频率的信号，较高频率的信号由多路延时器15的第三路延时输出端1504产生，较低频率的信号由单纵模调Q激光器17产生，同时输出一个与较高频率信号重复频率相同并与低频率信号同步的信号。
所述的多路延时器15的工作程序如下在射频输入端1501输入由飞秒激光器12产生的经光电探测器14转换为电信号的射频信号，而多路延时器15内部时钟为75MHz，可以在此基础上分出多个不同频率的内部时钟信号(分频)。多路延时器15的各个输出端的延时时间，脉冲宽度，分频及触发方式都是可以分别控制的。第一，第二，第三路延时输出的触发方式为内触发，与射频触发端1501输入的信号是同步的。第一路输出1502触发调Q激光器16的闪光灯1601。第三路输出1504连接到信号同步器18的高频输入端1801。由于单纵模调Q激光器在单独工作时LD触发到调Q触发之间在时间上有微秒量级的抖动，如果直接用飞秒振荡器的激光脉冲系列信号同步这两个信号，会造成单纵模调Q泵浦激光脉冲与待放大的种子光脉冲之间相应的抖动，因此，第二路输出1503触发单纵模调Q激光器17的LD1701，预先产生一个预脉冲光信号，这个预脉冲与LD之间存在上述的微秒量级抖动，但与调Q触发间是同步的。由于低重复频率脉冲信号不能触发高重复频率的信号，因此，必须把低重复频率的信号通过一个信号同步器转换成一个高重复频率的信号。上述预脉冲信号再经内置的光电探测器转换为电信号后连接到信号同步器18的低频输入端1802，由信号同步器18产生的重复频率高频输入端信号相同，时间与低频输入端信号同步的信号。信号同步器18的输出信号1803返回连接到多路延时器15的触发输入端1505作为外触发信号，多路延时器的第四，第五路延时输出的触发方式为外触发。多路延时器15的第四路延时输出1506触发调Q激光器16的调Q1602；第五路延时输出1507触发单纵模调Q激光器17的调Q1703。因此，单纵模调Q激光器17的调Q与调Q激光器16的调Q是同步的，并且这两个激光器的点灯信号也是同步的。因此，可以实现种子激光和单纵模调Q激光器17的同步。
信号同步器18的工作程序如下单纵模调Q激光器17的预脉冲光信号经内置的光电探测器后连接到信号同步器18的低频输入端1802，多路延时器15的第三路延时输出1504连接到信号同步器18的高频输入端1801，当信号同步器18接收到一个低频输入端的信号后，会在后面的时间里开启一个门让高频输入端的信号的除最后一个脉冲外的其余所有脉冲全部通过，这些通过的脉冲与原先低频输入端的脉冲信号组成一个新的脉冲序列，重复频率与高频输入端的重复频率相同。这样，信号同步器18的输出端1803输出重复频率与高频输入端信号相同，时间与单纵模调Q激光器17的预脉冲光信号同步的信号。
根据实际情况的需要，(1)多路延时器15可以接多个多纵模调Q激光器，同时控制各个激光器的同步，例如图3所示的接两个多纵模调Q激光器，其线路连接与图2基本相同，只是从多路延时器15上多接出两路1508和1509接到多接出的多纵模调Q激光器19上。输出端1508的触发方式为内触发，接调Q激光器19点灯信号1901；输出端1509的触发方式为外触发，接调Q激光器19调Q信号1902。若实际情况需要再多接几个多纵模调Q激光器，其线路连接完全类似，只要再多路延时器15上再多接出几个信号(每多接一个多纵模调Q激光器，需要多接出两路信号，一路为内触发，接点灯信号，一路为外触发，接调Q信号。
(2)多路延时器15可以用多个延时器与一个普克尔盒电源的信号同步模块代替，如图4所示用五个单路延时器和一个普克盒电源的信号同步模块代替多路延时器15，其线路连接与图2类似，所不同的是从光电探测器14出来的信号接普克尔盒电源的信号同步模块20，从信号同步模块20分别输出3路信号接单路延时器21、22、23触发端。单路延时器21输出信号到多纵模调Q激光器16的点灯信号端1601，单路延时器22输出信号到单纵模调Q激光器17的点灯信号端1701，单路延时器23输出信号到信号同步器18的高频输入端1801。信号同步器18的输出端1803接出两路信号分别接单路延时器24、25的触发端，单路延时器24的输出接多纵模调Q激光器16的调Q端1602，单路延时器25的输出接单纵模调Q激光器17的调Q端1703。(其余未加说明的连线均与图2相同)。
本同步装置的工作过程如下首先由激光器12产生高重复频率的脉冲信号，用分束板13分为两束光，一束将先后被调Q激光器16和单纵模调Q激光器17泵浦放大，另一束入射到光电探测器14上，光电探测器14接收到激光信号后产生相同重复频率的射频电信号，再输入到多路延时器15的射频输入端1501。多路延时器15产生三路与该射频信号同步的信号第一路延时输出端1502的信号输入到调Q激光器16的闪光灯触发端1601；第二路延时输出端1503的信号输入到单纵模调Q激光器17的LD触发端1701；第三路延时输出端1504的信号输入到信号同步器18的较高频率输入端1801。单纵模调Q激光器17的LD被触发后，由内部的光电探测器接收预光脉冲信号并产生一个相应重复频率的电信号经输出端1702输出，信号同步器18接收频率不同的两路信号高频输入端1801接收来自多路延时器15的第三路信号，低频输入端1802接收单纵模调Q激光器17的输出端1702的信号，并产生一个重复频率与高频输入端信号相同，时间与低频输入信号同步的信号，再输入到多路延时器15的外触发输入端1505。多路延时器15被来自信号同步器18的信号触发产生两路延时输出第四路延时输出端1506的信号输入到调Q激光器16的调Q触发端1602，第五路延时输出端1507输入到单纵模调Q激光器17的调Q触发端1703。
上述装置的结构如图2所示，激光器12为掺钛蓝宝石自锁模激光器，输出为重复频率为75MHz的锁模脉冲系列，用分束板13分出两束光一束作为种子光将被放大，另一束入射到光电探测器14上，光电探测器14产生75MHz的电信号输入到多路延时器15的射频输入端1501，多路延时器15以内触发方式产生三路延时输出第一路延时输出1502输出信号到调Q激光器16触发闪光灯点灯，重复频率为10Hz；第二路延时输出1503输出信号到单纵模调Q激光器17触发LD泵浦，重复频率为1Hz；第三路延时输出1504输出信号到信号同步器18的高频输入端1801，重复频率为10Hz。单纵模调Q激光器17的LD被触发后，产生重复频率为1Hz的激光脉冲信号，用内置的光电探测器接收并转换为1Hz的电信号输入到信号同步器18的低频输入端1802。用信号同步器18的两个输入端接收到信号后，产生一个与单纵模调Q激光器17同步的10Hz信号，再输出到多路延时器15的外触发输入端1505。多路延时器15由信号同步器18输入的信号触发产生与单纵模调Q激光器17同步的两路延时输出第四路延时输出1506触发调Q激光器16的调Q1602，第五路延时输出1507触发单纵模调Q激光器17的调Q信号。在调节延时前，先测试两个泵浦激光器的调Q信号和点灯信号之间的延时时间。具体调节时，用示波器观察信号同步器18输出的10Hz信号相对与多路延时器15的一个内触发10Hz信号(例如第一路延时输出)的抖动，调节多路延时器15第二路延时输出1503的延时，使抖动小于4s，即小于单纵模调Q激光器单独工作时调Q信号与LD点灯信号之间的时间抖动；调节第四路延时输出1506，使调Q激光器16的输出能量达到最大；调节第五路延时输出1507，使单纵模调Q激光器17输出能量达到最大值。从经调Q激光器16放大后的种子脉冲光用光电探测器接收种子光信号，从单纵模调Q激光器输出的激光脉冲用光电探测器接收泵浦激光信号，再用示波器观察这两个信号，并调节多路延时器15的第三路延时输出，两路点灯信号及调Q信号，直到单纵模泵浦激光脉冲与种子光脉冲在时间上重合。调节时注意保持每个泵浦激光器的各自点灯信号与调Q信号之间的延时时间保持不变。结果显示，两个脉冲之间的时间抖动均小于±1ns。
权利要求
1.一种多路激光脉冲同步触发装置，其特征在于它是由激光器(12)、分束板(13)、光电探测器(14)、多路延时器(15)、调Q激光器(16)、单纵模调Q激光器(17)和信号同步器(18)组成的，其连接关系是分束板(13)将激光器(12)的激光束分成两束光，分出的一束光入射到所述的光电探测器(14)的输入端上，该光电探测器(14)的输出端连接到所述的多路延时器(15)的射频输入端(1501)，该多路延时器(15)的第一路输出端(1502)连接所述的调Q激光器(16)的闪光灯触发端(1601)，第二路输出端(1503)连接所述的单纵模调Q激光器(17)的LD触发端(1701)，第三路输出端(1504)连接信号同步器(18)的高频输入端(1801)，单纵模调Q激光器(17)的输出信号端(1702)连接所述的信号同步器(18)的低频输入端(1802)，该信号同步器(18)的信号输出端(1803)再连接所述的多路延时器(15)的外触发端(1505)，第四路延时输出端(1506)连接调Q激光器(16)的调Q触发端(1602)，第五路延时输出端(1507)连接单纵模调Q激光器(17)的调Q触发端(1703)。
2.根据权利要求1所述的多路激光脉冲同步触发装置，其特征在于所述的激光器(12)为飞秒激光器。
3.根据权利要求1所述的多路激光脉冲同步触发装置，其特征在于所述的多路延时器(15)可以接多个多纵模调Q激光器，同时控制各个激光器的同步，每多接一个多纵模调Q激光器，需要多接出两路信号，一路为内触发，接点灯信号，一路为外触发，接调Q信号。
4.根据权利要求1所述的多路激光脉冲同步触发装置，其特征在于所述的多路延时器(15)是由多个延时器与一个普克尔盒电源的信号同步模块构成。
全文摘要
一种多路激光脉冲同步装置，主要是利用一台可分别控制的多路延时器同时控制多台不同重复频率的激光器之间的时间同步，特别是可以控制包括单纵模激光器的时间同步，具有同步精度高，工作稳定，易于扩展等特点。与先技术相比，本发明装置不仅能够实现单纵模泵浦激光器与普通的多纵模泵浦激光器及待放大的种子脉冲的同步，并且能用低重复频率的激光器来同步高重复频率的激光器。
文档编号H01S3/00GK1828399SQ20061002535
公开日2006年9月6日 申请日期2006年3月31日 优先权日2006年3月31日
发明者陆效明, 冷雨欣, 李闯, 姜阅清, 韦辉, 梁晓燕, 李儒新 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所