一种引入参考光的电光调制器光脉冲整形装置及整形方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于激光脉冲产生及整形技术领域，具体涉及一种引入参考光的电光调制 器光脉冲整形装置及整形方法。
【背景技术】
[0002] 在激光加工、切割等生产过程以及相关的科研中，不同形状的光脉冲可能表现出 不同的特性。为了获得更好的效果，往往需要获得具有一定形状的激光脉冲。
[0003] 目前，光脉冲整形方法主要有三种，即基于半导体激光器的脉冲整形方法、基于脉 冲堆积的脉冲整形方法和基于电光调制器的脉冲整形方法。
[0004] 1、基于半导体激光器的脉冲整形方法利用任意形状的整形电脉冲直接驱动半导 体激光器，产生与电脉冲形状一致的激光脉冲。此方法所用装置的结构简单，控制方便，但 其激光束质量受半导体激光器影响，脉冲整形精度有限，最新的研究结果可以实现脉宽 10ns (纳秒）、时域调节精度330ps (皮秒)任意形状整形激光脉冲。
[0005] 2、基于脉冲堆积的脉冲整形方法是采用多个短脉冲在时域上首尾相连，组合成一 个长脉冲。此方法可以产生亚ps到ns脉冲，堆积结果依赖于堆积的脉冲基元及延时大小。其 产生的脉冲具有扫频特性、上升沿陡峭、受环境和光程变化小等优点，但该方法涉及超短脉 冲的产生、放大、控制等技术，实现难度大。
[0006] 3、基于电光调制器的脉冲整形方法通过将整形电脉冲加载到电光调制器，对连续 光进行幅度调制，从而产生整形脉冲。此方法需要足够快的调制信号源和电光调制器，一般 用于百ps以上到ns或更长时间的脉冲整形。主要受限于电光调制的响应速率。电光调制器 的脉冲整形技术比较成熟，整形能力强。其核心器件是电光调制器，所加的电调制信号使其 输出光强度发生变化，即装置输出的光脉冲峰值改变。通过精确控制高消光比电光调制器 的直流电压偏置点，即可产生高对比度的任意整形脉冲。但是随着器件内的静电荷积累以 及温度的变化，直流偏置点会发生漂移，导致输出光脉冲强度变化，消光比下降。为了解决 该问题，一般需要输入稳定的连续光，然后对输出光进行监测，反馈控制电光调制器，从而 保证输出稳定。但是当输入信号光为脉冲光，现有的监测反馈方法失效，基于电光调制器的 脉冲整形无法有效完成。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是针对现有的基于电光调制器的脉冲整形技术的不足，提出一种引 入参考光的电光调制器光脉冲整形装置，引入参考光与信号光一起经过波分复用器、电光 调制器，再经解波分复用器分出的参考光送入光电探测器，反映参考光光强度的电信号送 入微处理器，微处理器据此经由数模转换单元、射频驱动器，控制光电调制器。
[0008] 本发明的另一目的是提供一种引入参考光的电光调制器的光脉冲整形整形方法， 其采用本发明的引入参考光的电光调制器光脉冲整形装置，先搜索获得最佳偏置点电压 值，在装置运行时自动跟踪调整偏置电压，实现了对信号光进行脉冲整形时光电调制器最 佳偏置电压的精确控制，保证产生高对比度任意整形光脉冲。
[0009] 本发明设计的一种引入参考光的电光调制器光脉冲整形装置包括电光调制器，还 包括波分复用器、解波分复用器、光电探测器、微处理器、数模转换单元、射频驱动器。
[0010] 信号光和参考光输入波分复用器合为一路，接入电光调制器对信号光和参考光进 行幅度调制，产生整形脉冲，电光调制器的输出端连接解波分复用器，将调制后的信号光和 参考光分开，解波分复用器输出的信号光为本装置的输出，解波分复用器输出的参考光接 入光电探测器，光电探测器将光信号转换为电信号，电信号经模数转换单元接入微处理器， 微处理器由光电探测器获取监测信号，微处理器的控制信号接射频驱动器和数模转换单 元，电调制信号接入射频驱动器;射频驱动器和数模转换单元的输出接入电光调制器，射频 驱动器根据微处理器的控制信号对电调制信号放大后加载到电光调制器，数模转换单元将 微处理器的数字电压控制信号转换为模拟信号送入电光调制器、控制其偏置电压，最终微 处理器根据参考光的反馈，调整电光调制器工作于最佳偏置电压。
[0011] 所述波分复用器、电光调制器、解波分复用器和光电探测器适用于参考光和信号 光波长，经光纤连接。
[0012] 所述输入的信号光为线偏振连续激光或脉冲激光(ms或μ8级）。本装置输出信号光 为脉冲宽度ns级、频率1~1kHz的低频窄脉冲光。
[0013] 所述输入的参考光是高稳定线偏振激光器提供的连续光，其波长与信号光波长的 差为 0 · 4nm ~600nm。
[0014] 所述模数转换单元的采样周期大于光电调制器输出的信号光的脉冲宽度，采样频 率大于光电调制器输出的信号光的脉冲频率5~15倍，从而本模数转换器可在两个脉冲间 连续采样5~15次，所得的5~15个采样值中最多只会包含光脉冲的一个最大值，将其剔除， 其余值即反映当前偏置电压下的透过光强。
[0015] 所述电光调制器件为波导型铌酸锂电光强度调制器。
[0016] 所述电调制信号由波形发生器产生，电调制信号与脉冲型信号光的调制频率相 同。为保证两者脉冲同时到达电光调制器，引入一个与脉冲型信号光相关联的同步信号，作 为波形发生器的触发信号以产生同步电调制信号。
[0017] 所述的光电探测器为PIN型光电二极管。
[0018] 为了让接入光电探测器的参考光光强度与光电探测器的输入强度配合，避免光电 探测器饱和，解波分复用器分出的参考光接入衰减器，再接入光电探测器;和/或，为了让光 电探测器输出的电信号便于微处理器识别，光电探测器输出的电信号接入放大器再接入模 数转换单元。
[0019] 本发明一种引入参考光的电光调制器的光脉冲整形方法，采用本发明的引入参考 光的电光调制器光脉冲整形装置，本光脉冲整形方法包括以下步骤：
[0020] 步骤1、确认最佳偏置电压
[0021] 系统通电启动进行初始化，取连续激光信号光和参考光一起输入波分复用器，本 步骤中所用的连续激光信号光的波长与将要进行脉冲整形的信号光波长相同，射频驱动器 正常工作。
[0022] 在不同的偏置电压下，透过电光调制器的输出的信号光强弱不同。选择信号光输 出的光强度最小时对应的偏置电压为最佳偏置电压。
[0023] 本发明微处理器通过监测透过电光调制器的参考光强度变化，确定透过电光调制 器输出的信号光强度。
[0024] 本步骤中光电调制器输出的信号光接入光功率计。
[0025] 微处理器遍历光电调制器的各偏置电压点，即从最高偏置电压遍历到最低偏置电 压，微处理器的电压控制指令经数模转换单元转换后送入光电调制器，在各电压偏置点，记 录信号光输出功率值；同时透过电光调制器的参考光在光电探测器转换为相应的电信号， 并经模数转换单元采样送入微处理器，即微处理器接收对应电光调制器输出的参考光脉冲 强度对应的电信号采样值，称之为参考光的光强度采样值。
[0026] 本发明在每个偏置电压点进行5~15次采样，剔除所得的多个采样值中的最大值