专利名称：一种激光脉冲同步控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种能提高同步精度的激光脉冲同步控制
直O
背景技术：
高能量、高峰值功率激光在激光加工、激光非线性效应和远程传感领域中具有重要和广泛的应用。对激光器进行调Q是获得高能量和高峰值功率输出的主要方式。为满足应用需求，进一步提高能量和峰值功率的方法主要包括加大泵浦注入，多级级联放大和多元激光同步合成。由于激光热效应的限制，泵浦注入增大到一定程度时，激光输出能量和功率会出现饱和。多元激光同步合成与级联放大相比，具有单元技术简单，良好的热管理，良好的激光传输特性，系统扩展性好和配置灵活等优势，具有广阔且重要的发展和应用前景。 多元激光同步合成中的关键技术是激光脉冲的同步，即两束或多束激光脉冲在时间上的精确重叠。调Q激光脉冲宽度通常为ns或十ns量级。传统的激光脉冲同步方法是通过控制调Q触发时刻实现的。首先对各路激光输出脉冲进行采样，确定各路激光脉冲产生的相对时差，对时差信号进行分析处理，并反馈控制各台激光器的下一个脉冲周期的电光调Q触发时刻，使激光脉冲同步输出。采用该方法脉冲同步精度可达到士 Ins左右(参考文献尚卫东等，Nd3+:YAG固体激光器电光调Q激光脉冲的时域分析，红外与激光工程，2009年，第 38卷，第4期，633-636页)。但是，由于激光输出相对于调Q触发信号的延时的不确定性， 即激光脉冲建立时间的不确定性，使得这种反馈控制各台激光器的下一个脉冲周期的电光调Q触发时刻的激光脉冲同步方法的精度难以进一步提高。
发明内容
本发明所要解决的问题是如何提供一种激光脉冲同步控制装置，能克服目前反馈控制各台激光器的下一个脉冲周期的电光调Q触发时刻的激光脉冲同步方法的缺陷、进一步提高激光脉冲同步精度。本发明所提出的技术问题是这样解决的提供一种激光脉冲同步控制装置，连接 M路激光脉冲源，M是大于1的自然数，其特征在于除一路外其他各路激光脉冲从输入到输出依次包括设置分光镜、静态光延时器和动态光延时模块，所述一路从输入到输出则依次包括设置分光镜和静态光延时器；每路的所述分光镜的激光脉冲分束输入各自光电探测器，所述光电探测器都输出连接延时控制器；所述延时控制器控制连接各所述动态光延时模块。按照本发明所提供的激光脉冲同步控制装置，M = 2。按照本发明所提供的激光脉冲同步控制装置，3 < M < 1000。按照本发明所提供的激光脉冲同步控制装置，所述动态光延时模块包括电光驱动器及其连接的N个动态光延时单元，N为3到100之间的自然数；每个动态光延时单元都包括电光偏振调制器及其控制连接的四个偏振分光镜；所述四个偏振分光镜中二个位于输入光脉冲同一直线上，另二个位于输入光脉冲平行直线上。本发明有益效果在于1、传统的脉冲同步方法通过测量已发射的脉冲周期中的光脉冲时间差来修正调Q触发电信号的延迟时间，使同步精度近似等于光脉冲建立时间的抖动；2、本发明提出通过检测当前脉冲周期内的两束光脉冲时间差，并进行快速信号处理和延迟时间修正，进一步提高脉冲同步精度。
图1为本发明提供的一种提高同步精度的激光脉冲同步控制装置的第一实施例的结构示意图；图2为本发明提供的一种提高同步精度的激光脉冲同步控制装置的第一实施例中的第一动态光延时器结构示意图；图3为本发明提供的一种提高同步精度的激光脉冲同步控制装置的第二实施例的结构示意图。其中附图标记是1-第一分光镜，2-第一光电探测器，3-第二分光镜，4-第二光电探测器，5-第一静态光延时器，6-第二静态光延时器，7-延时控制器，8-第一动态光延时器，9-延时控制器输出的第一延时控制信号，10-第一入射光脉冲，11-第二入射光脉冲， 12-第一出射光脉冲，13-第二出射光脉冲，14-第一和第二入射光脉冲的时间差，15-电光驱动器，16-电光驱动信号，17-第一动态光延时器的输入光脉冲，18-第一电光偏振调制器，19-第二电光偏振调制器，20-第三电光偏振调制器，21-第一偏振分光镜，22-第二偏振分光镜，23-第三偏振分光镜，24-第四偏振分光镜，25-第五偏振分光镜，26-第六偏振分光镜，27-第七偏振分光镜，28-第八偏振分光镜，29-第九偏振分光镜，30-第十偏振分光镜，31-第十一偏振分光镜，32-第十二偏振分光镜，33-第一动态光延时单元，34-第二动态光延时单元，35-第三动态光延时单元，36-动态光延时器的输出光脉冲，37-第三入射光脉冲，38-第三分光镜，39-第三光电探测器，40-第三静态光延时器，41-第二动态光延时器， 42-延时控制器输出的第二延时控制信号，43-第三出射光脉冲，44-第一和第三入射光脉冲的时间差。
具体实施例方式首先，说明本发明思想检测当前脉冲周期内的两束光脉冲时间差，并进行快速信号处理和延迟时间修正。其中关键之一每路光脉冲上的静态光延时器为快速信号处理和延迟时间修正提供足够的时间。第二、下面结合附图对本发明作进一步描述本发明提供的提高同步精度的激光脉冲同步控制器的第一实施例，结构如图1所示，包括第一分光镜1、第二分光镜3、第一光电探测器2、第二光电探测器4、第一静态光延时器5、第二静态光延时器6、延时控制器7、第一动态光延时器8 ；第一入射光脉冲10被第一分光镜1分成两束，一束输入第一光电探测器2，另一束输入第一静态光延时器5，而后输出；第二入射光脉冲11被第二分光镜3分成两束，一束输入第二光电探测器4，另一束输入第二静态光延时器6，第二静态光延时器6输出的光脉冲再输入第一动态光延时器8，而后输出；第一光电探测器2和第二光电探测器4的输出电信号输入延时控制器7 ；延时控制器 7输出的第一延时控制信号9输入第一动态光延时器8。其工作原理是在距激光脉冲同步控制器的两个入口相同距离处分别设置第一分光镜1和第二分光镜3，使采样得到的光信号分别输入第一光电探测器2和第二光电探测器 4。其输出信号输入延时控制器7进行快速信号处理，产生第一延时控制信号9并输入第一动态光延时器8。第一动态光延时器8进行快速光延时状态切换，达到要求的光延迟时间。 同时在光路中设置第一静态光延时器5和第二静态光延时器6，两个光脉冲在其中分别产生固定的延时，使得第二入射光脉冲11在到达第一动态光延时器8之前，延时控制器7和电光驱动器15有足够的时间进行信号处理。同时，静态光延时器5和6的延时值可进行手动调节，从而具有校准光程的作用。通过改变第一动态光延时器8的延时值，快速修正第二入射光脉冲11的延时值，使得光脉冲10和11同时到达激光脉冲同步控制器的对应出口， 达到精确控制激光脉冲同步性的目的。第一动态光延时器8，结构如图2所示，包括电光驱动器15、第一动态光延时单元 33、第二动态光延时单元34到第N动态光延时单元35，其中N为3到100之间的正整数，这里N取3 ；延时控制器7输出的第一延时控制信号9输入电光驱动器15，电光驱动器15的输出信号16输入第一动态光延时单元33到第三动态光延时单元35的电光偏振调制器18 到20 ；第一动态光延时单元33包括第一电光偏振调制器18、第一到第四偏振分光镜21到 24，当第一电光偏振调制器18的驱动电压为零时，该单元33的输入光脉冲17在通过该调制器18时偏振方向不变，光脉冲17依次透过第一和第二偏振分光镜21和22后输入第二动态光延时单元34，当第一电光偏振调制器18的驱动电压为半波电压时，光脉冲依次被第一、第三、第四和第二偏振分光镜21、23、M和22反射，而后输入第二动态光延时单元34 ； 以此类推，第三动态光延时单元35包括第三电光偏振调制器20、第九到第十二偏振分光镜 29到32，当第三电光偏振调制器20的驱动电压为零时，该单元35的输入光脉冲在通过该调制器20时偏振方向不变，光脉冲依次透过第九和第十偏振分光镜四和30后输出，当第三电光偏振调制器20的驱动电压为半波电压时，光脉冲依次被第九、第十一、第十二和第十偏振分光镜四、31、32和30反射，而后输出。其工作原理是(一)第一种驱动方式对于第一动态光延时单元33，在电光偏振调制器18的驱动电压分别为零和半波电压两种情况下，光脉冲17通过该单元33的相对光程差为第一偏振分光镜21到第三偏振分光镜23及第四偏振分光镜M到第二偏振分光镜22的光程之和，对应光延时差为DL1。 取第二动态光延时单元；34的对应延时差DL2为DLl的2倍，以此类推，第N动态光延时单元35的延时差DLN为DLl的2N倍。因此，通过设置各电光晶体的驱动电压(零或半波电压)，可以得到零到2N+1倍DLl的相对延时值，延时步进为DLl。例如为使激光脉冲同步控制器达到士 IOOps的延时控制精度，可取DLl为lOOps，取N为3，可得到0到0. 7ns的延时范围，取N为5，可得到0到3. 2ns的延时范围。( 二 )第二种驱动方式第一动态光延时器8还可采用第二种驱动方式，与上述驱动方式不同之处在于，所述第一电光偏振调制器18的驱动电压为零时，所述光脉冲依次被第一、第三、第四和第二偏振分光镜21、23、对和22反射，而后输入第二动态光延时单元34，所述第一电光偏振调制器18的驱动电压为半波电压时，所述光脉冲依次透过第一和第二偏振分光镜21和22后输入第二动态光延时单元34 ；以此类推，所述第N电光偏振调制器20的驱动电压为零时， 所述光脉冲依次被第4N-3、第4N-1、第4N和第4N-2偏振分光镜四、31、32和30反射，而后输出，所述第N电光偏振调制器20的驱动电压为半波电压时，所述光脉冲依次透过第4N-3 和第4N-2偏振分光镜四和30后输出。图3为本发明提供的提高同步精度的激光脉冲同步控制器的第二实施例，将入射光脉冲、分光镜、光电探测器和静态光延时器的数目增加到M，M为3到1000之间的正整数， 这里取M为3，延时控制器7的输出延时控制信号和动态光延时器的数目增加到2。第三入射光脉冲37被第三分光镜38分成两束，一束输入第三光电探测器39，另一束输入第三静态光延时器40，第三静态光延时器40输出的光脉冲再输入第二动态光延时器41，而后输出； 第三光电探测器39的输出电信号输入延时控制器7 ；延时控制器7输出的第二延时控制信号42输入第二动态光延时器41。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
权利要求
1.一种激光脉冲同步控制装置，连接M路激光脉冲源，M是大于1的自然数，其特征在于除一路外其他各路激光脉冲从输入到输出依次包括设置分光镜、静态光延时器和动态光延时模块，所述一路从输入到输出则依次包括设置分光镜和静态光延时器；每路的所述分光镜的激光脉冲分束输入各自光电探测器，所述光电探测器都输出连接延时控制器(7)； 所述延时控制器(7)控制连接各所述动态光延时模块。
2.根据权利要求1所述的激光脉冲同步控制装置，其特征在于M= 2。
3.根据权利要求1所述的激光脉冲同步控制装置，其特征在于3< M < 1000。
4.根据权利要求1所述的激光脉冲同步控制装置，其特征在于所述动态光延时模块包括电光驱动器(1 及其连接的N个动态光延时单元，N为3到100之间的自然数；每个动态光延时单元都包括电光偏振调制器(18)及其控制连接的四个偏振分光镜；所述四个偏振分光镜中二个位于输入光脉冲同一直线上，另二个位于输入光脉冲平行直线上。
全文摘要
本发明公开了一种激光脉冲同步控制装置，连接M路激光脉冲源，M是大于1的自然数，其特征在于除一路外其他各路激光脉冲从输入到输出依次包括设置分光镜、静态光延时器和动态光延时模块，所述一路从输入到输出则依次包括设置分光镜和静态光延时器；每路的所述分光镜的激光脉冲分束输入各自光电探测器，所述光电探测器都输出连接延时控制器；所述延时控制器控制连接各所述动态光延时模块。这种激光脉冲同步控制装置突破传统使用上一脉冲周期数据反馈控制当前电光调Q触发时刻的同步方法，而通过静态光延时以及检测当前脉冲进行快速信号处理和延迟时间修正，使脉冲同步精度能够进一步提高、满足更多应用需求。
文档编号H01S3/10GK102231472SQ20111009642
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者史双瑾, 廖云, 熊彩东, 王云祥, 苏君, 邱琪 申请人:电子科技大学