一种提高放大激光系统稳定性的装置及控制方法与流程

本发明涉及超快激光系统领域，特别是涉及一种提高放大激光系统稳定性的装置及控制方法。

背景技术：

1、在过去的二十年中，皮秒、飞秒放大技术的不断发展，如皮秒激光的再生放大、行波放大技术、飞秒激光的啁啾脉冲放大技术和光参量放大技术等，促使了峰值功率达到tw甚至pw的超短超强脉冲激光的产生。超强超短脉冲在材料处理与工业加工方面呈现出良好的市场前景，还可用于强场物理领域的研究，如激光可控核聚变、激光等离子体、x射线激光、模拟宇宙学等。

2、随着皮秒、飞秒技术的发展，超快激光放大系统不仅仅局限在对超短脉冲宽度、高平均功率、高峰值功率等方面的追求，而更进一步地追求实用性、稳定性，以满足商用用户的需求。目前的皮秒、飞秒超快放大系统通常在不同脉冲之间表现出百分之几的波动（3-5%），稳定性尚需提高以满足高端的实验需求。

3、毫秒、微秒和纳秒激光由于激光脉冲持续时间较长，依赖于传统的电子学反馈回路可以实时的快速调整控制激光电源的驱动电流就能够实时调节输出能量，从而获得较好的能量稳定性输出。然而，对于脉冲宽度短于纳秒（10-9秒）的皮秒脉冲（10-12秒）和飞秒脉冲（10-15秒）脉冲持续时间非常短导致传统电子线路没有足够快的反应速度（10-9秒）来调控比它短千倍的光脉冲的时间细节，也无法实时构成快速的负反馈回路控制激光器的实时能量输出的稳定性，目前大多采用测量多个脉冲的输出趋势来预测输出能量的变化，从而通过多次平均的软件算法来调节泵浦电流来提高总体脉冲输出的稳定性趋势。但对于脉冲频率较低（1000hz、100hz、10hz、1hz）这种前后时间关联度较弱的脉冲激光器或工作在单次触发条件下这种完全没有时间关联度的脉冲激光器而言，通过软件算法来提高能量稳定度的方法就不适用了，因此需要发展一种能够实时调节能量稳定性的装置来提高超快高能放大系统的输出能量稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种提高放大激光系统稳定性的装置及控制方法，可提高放大激光系统输出能量的稳定性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种提高放大激光系统稳定性的装置，包括：沿着激光光路依次连接的光学取样器、光学延迟器、能量调制模块、高压光电导开关和负反馈控制模块。

4、激光脉冲输入所述光学取样器得到第一激光脉冲和第二激光脉冲；所述第一激光脉冲输入所述光学延迟器；经过所述光学延迟器的第一激光脉冲输入所述能量调制模块，得到输出脉冲；所述光学取样器还与所述高压光电导开关连接；所述第二激光脉冲输入所述高压光电导开关得到电信号；所述负反馈控制模块用于根据电信号确定高压控制信号并将所述高压控制信号发送至所述高压光电导开关；所述高压光电导开关还与所述能量调制模块连接；所述高压光电导开关用于将所述高压控制信号发送至所述能量调制模块。

5、可选地，所述光学取样器包括第一取样反射镜；激光脉冲输入所述第一取样反射镜得到第一激光脉冲和第二激光脉冲。

6、可选地，所述光学取样器还包括第二取样反射镜；所述第二取样反射镜用于将所述第二激光脉冲反射至所述光学延迟器。

7、可选地，所述光学延迟器包括一个或者多个延迟反射镜；所述延迟反射镜用于转折光路和调节光学延迟线。

8、可选地，当所述光学延迟器包括两个延迟反射镜时，通过调节两个所述延迟反射镜的位置来调节光学延迟线。

9、可选地，所述能量调制模块包括依次设置的起偏器、普克尔盒和检偏器；经过所述光学延迟器的第一激光脉冲依次输入所述起偏器、普克尔盒和检偏器得到输出脉冲；所述普克尔盒还与所述高压光电导开关连接。

10、可选地，还包括电源；所述电源与所述高压光电导开关连接。

11、本发明还提供一种提高放大激光系统稳定性的控制方法，所述提高放大激光系统稳定性的控制方法应用于所述的提高放大激光系统稳定性的装置，所述提高放大激光系统稳定性的控制方法包括：获取高压光电导开关转换电信号的幅值和负反馈控制模块设定的目标值；根据所述电信号的幅值和所述目标值确定高压控制信号；将所述高压控制信号反馈至能量调制模块得到激光输出。

12、可选地，根据所述电信号的幅值和所述目标值确定高压控制信号，具体包括：当所述电信号的幅值小于所述目标值时，则增加高压控制信号的时间；当所述电信号的幅值大于或者等于所述目标值，则减小高压控制信号的时间。

13、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

14、为了解决电子学反应速度不够快的问题，本发明采用光学延迟器将超快脉冲延时至纳秒量级后送入能量调制模块，保证经过光学延迟器延时后的主光路高能脉冲激光和高压控制信号在时域上同时到达普克尔盒，此时主光路高能脉冲激光通过能量调制模块时脉冲幅度将被主动调整，从而获得稳定的能量输出。

技术特征：

1.一种提高放大激光系统稳定性的装置，其特征在于，包括：沿着激光光路依次连接的光学取样器、光学延迟器、能量调制模块、高压光电导开关和负反馈控制模块；

2.根据权利要求1所述的提高放大激光系统稳定性的装置，其特征在于，所述光学取样器包括第一取样反射镜；激光脉冲输入所述第一取样反射镜得到第一激光脉冲和第二激光脉冲。

3.根据权利要求2所述的提高放大激光系统稳定性的装置，其特征在于，所述光学取样器还包括第二取样反射镜；所述第二取样反射镜用于将所述第二激光脉冲反射至所述光学延迟器。

4.根据权利要求1所述的提高放大激光系统稳定性的装置，其特征在于，所述光学延迟器包括一个或者多个延迟反射镜；所述延迟反射镜用于转折光路和调节光学延迟线。

5.根据权利要求4所述的提高放大激光系统稳定性的装置，其特征在于，当所述光学延迟器包括两个延迟反射镜时，通过调节两个所述延迟反射镜的位置来调节光学延迟线。

6.根据权利要求1所述的提高放大激光系统稳定性的装置，其特征在于，所述能量调制模块包括依次设置的起偏器、普克尔盒和检偏器；

7.根据权利要求1所述的提高放大激光系统稳定性的装置，其特征在于，还包括电源；所述电源与所述高压光电导开关连接。

8.一种提高放大激光系统稳定性的控制方法，其特征在于，所述提高放大激光系统稳定性的控制方法应用于权利要求1-7任意一项所述的提高放大激光系统稳定性的装置，所述提高放大激光系统稳定性的控制方法包括：

9.根据权利要求8所述的提高放大激光系统稳定性的控制方法，其特征在于，根据所述电信号的幅值和所述目标值确定高压控制信号，具体包括：

技术总结
本发明公开一种提高放大激光系统稳定性的装置及控制方法，涉及超快激光系统领域，激光脉冲输入所述光学取样器得到第一激光脉冲和第二激光脉冲；所述第一激光脉冲输入所述光学延迟器；经过所述光学延迟器的第一激光脉冲输入所述能量调制模块，得到输出脉冲；所述光学取样器还与所述高压光电导开关连接；所述第二激光脉冲输入所述高压光电导开关得到电信号；所述负反馈控制模块用于根据电信号确定高压控制信号并将所述高压控制信号发送至所述高压光电导开关；所述高压光电导开关还与所述能量调制模块连接；所述高压光电导开关用于将所述高压控制信号发送至所述能量调制模块。本发明能提高放大激光系统输出能量的稳定性。

技术研发人员：彭海波,周旭明
受保护的技术使用者：北京中科思远光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11