一种基于前缀脉冲的激光能量稳定装置及其能量稳定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光技术领域，具体而言涉及一种基于前缀脉冲的激光能量稳定装置 及其能量稳定方法。
【背景技术】
[0002] 通常脉冲激光器系统的泵浦脉冲宽度在微秒量级，而激光脉冲的宽度在纳秒量 级，或者更短。因此，在一次泵浦过程中，被放大的激光脉冲（主脉冲）与位于其前数十纳 秒处的脉冲（前缀脉冲）具有相同的不稳定特征，可视为同一发激光。
[0003] 稳定激光脉冲能量的传统方法是测量激光脉冲能量并与目标能量比较，根据测试 能量与目标能量的差异反馈调整光路上游的控制器或驱动电源。这种方法只能根据当前脉 冲的能量起伏校正下一发激光脉冲，如果下一发激光脉冲的起伏规律和尺度与当前测量激 光脉冲的起伏规律和尺度不一致时，稳定的效果就会打折扣甚至变差。非同发次的激光脉 冲能量稳定技术只能稳定激光脉冲能量的平均值，不能消除激光脉冲发与发之间的能量随 机起伏。
[0004] 郭小东公开的文献"光电预偏置激光脉冲稳幅器性能研宄"（期刊：强激光与粒子 束，1997年）利用激光技术领域的通用器件普克尔盒电光开关与偏振器组成预加动态偏置 电压的光电可变透射率装置来稳定调Q激光脉冲幅度。其利用快速光电取样门获得激光脉 冲取样信号，输出一个与激光脉冲幅度成线性正比的低压电脉冲，再经线性电脉冲高压放 大器放大成高压电脉冲加载到普克尔盒电光开关电极上，高压放大电路的线性放大区域有 限，影响能量控制精度。激光脉冲与高压脉冲同步到达普克尔盒电光开关，激光脉冲的时间 变化会转化为高压驱动脉冲的时间变化，进而反过来改变待稳定的激光脉冲时间波形，从 而导致时间波形畸变。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于前缀脉冲的激光能量稳定 装置及其能量稳定方法，该装置和方法利用前缀脉冲的能量起伏实现对主激光脉冲的能量 稳定控制，具有同发稳定的特征，并使主激光脉冲的时间波形不发生畸变。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种基于前缀脉冲的激光能量稳定装置，包括主光路和取样光路，所述主光路包 括依次设置的种子光源、普克尔盒电光开关，所述取样光路包括分束镜，所述分束镜设于所 述种子光源和普克尔盒电光开关之间，所述普克尔盒光电导开关是预先施加电压的，所述 主光路还包括削波开关，所述取样光路还包括光强可调衰减器、光电导开关，所述取样光路 的设置次序依次为：分束镜、光强可调衰减器、光电导开关，所述光强可调衰减器与光电导 开关通过光纤连接，所述光电导开关的两端分别与普克尔盒电光开关的两极相连接。
[0008] 进一步，所述主光路还包括偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延迟 器、全反射镜，所述主光路按照种子光源产生的激光传输路径依次设置为：削波开关、偏振 器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延迟器、普克尔盒电光开关、全反射镜。
[0009] 进一步，所述主光路还包括偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延迟 器、全反射镜，所述主光路按照种子光源产生的激光传输路径依次设置为：偏振器一、法拉 第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延迟器、普克尔盒电光开关、全反射镜、削波开关。
[0010] 另，本发明还提供一种利用如上所述的基于前缀脉冲的激光能量稳定装置的激光 能量稳定方法，包括以下步骤：
[0011] ⑴所述普克尔盒电光开关预先施加电压％，在普克尔盒电光开关的电极存储电 荷，然后种子光源在发出主脉冲前先发出前缀脉冲，所述前缀脉冲的持续时间为t，所述主 脉冲的持续时间为，所述前缀脉冲与主脉冲的时间间隔为t 2，满足ti< 12，前缀脉冲和主 脉冲先后经过所述分束镜分束成两束，一束为主激光，主激光的主脉冲激光能量为E in，另一 束为取样光，主激光沿主光路传输，取样光沿取样光路传输；
[0012] (2)步骤⑴得到的取样光的前缀脉冲先传输到光强可调衰减器，经过所述光 强可调衰减器的调节后，通过光纤传输到光电导开关，使所述光电导开关电阻值由暗阻值 降低至亮阻值R AS，存储在所述普克尔盒电光开关上的电荷通过电阻值降低的光电导开关 泄放，普克尔盒电光开关两端的电压由％降低至v rc，即普克尔盒电光开关的实际电压值
【主权项】
1. 一种基于前缀脉冲的激光能量稳定装置，包括主光路和取样光路，所述主光路包括 依次设置的种子光源、普克尔盒电光开关，所述取样光路包括分束镜，所述分束镜设于所述 种子光源和普克尔盒电光开关之间，其特征在于，所述普克尔盒光电导开关是预先施加电 压的，所述主光路还包括削波开关，所述取样光路还包括光强可调衰减器、光电导开关，所 述取样光路的设置次序依次为：分束镜、光强可调衰减器、光电导开关，所述光强可调衰减 器与光电导开关通过光纤连接，所述光电导开关的两端分别与普克尔盒电光开关的两极相 连接。
2. 根据权利要求1所述的一种基于前缀脉冲的激光能量稳定装置，其特征在于，所述 主光路还包括偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延迟器、全反射镜，所述主 光路按照种子光源产生的激光传输路径依次设置为：削波开关、偏振器一、法拉第磁旋光 器、偏振器二、1/4波相位延迟器、普克尔盒电光开关、全反射镜。
3. 根据权利要求1所述的一种基于前缀脉冲的激光能量稳定装置，其特征在于，所述 主光路还包括偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延迟器、全反射镜，所述主 光路按照种子光源产生的激光传输路径依次设置为：偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器 二、1/4波相位延迟器、普克尔盒电光开关、全反射镜、削波开关。
4. 一种利用如权利要求1-3任一所述的基于前缀脉冲的激光能量稳定装置的激光能 量稳定方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 所述普克尔盒电光开关预先施加电压Vtl，在普克尔盒电光开关的电极存储电荷，然 后种子光源在发出主脉冲前先发出前缀脉冲，所述前缀脉冲的持续时间为t，所述主脉冲的 持续时间为h，所述前缀脉冲与主脉冲的时间间隔为t 2，满足12，前缀脉冲和主脉冲先 后经过所述分束镜分束成两束，一束为主激光，主激光的主脉冲激光能量为E in，另一束为取 样光，主激光沿主光路传输，取样光沿取样光路传输； (2) 步骤（1)得到的取样光的前缀脉冲先传输到光强可调衰减器，经过所述光强可 调衰减器的调节后，通过光纤传输到光电导开关，使所述光电导开关电阻值由暗阻值降低 至亮阻值R as，存储在所述普克尔盒电光开关电极上的电荷通过电阻值降低的光电导开关 泄放，普克尔盒电光开关两端的电压由V tl降低至V rc，即普克尔盒电光开关的实际电压值 f t Fpc=^exp ，其中，C为普克尔盒电光开关的等效电容值，t为前缀脉冲的持续时 V J 间； (3) 由于前缀脉冲与主脉冲存在时间间隔心，因此在这段时间间隔内，所述光电导开 关的电阻值恢复至暗阻值，存储在所述普克尔盒电光开关上的电荷不能通过光电导开关泄 放，普克尔盒电光开关的电压恒定在V rc; (4) 步骤（1)得到的主激光通过削波开关后，前缀脉冲被削去，主脉冲继续传输，依次 经过偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延迟器，在步骤（3)所述的时间间隔 t2内到达普克尔盒电光开关，所述主激光的主脉冲在时序关系上处于取样光的前缀脉冲与 取样光的主脉冲之间，此时，普克尔盒电光开关的电压在主激光的主脉冲通过期间恒定在 Vrc，主激光的主脉冲经过普克尔盒电光开关，再经过全反射镜反射后，第二次通过普克尔盒 电光开关，此时，取样光的主脉冲尚未传输到光电导开关，普克尔盒电光开关的电压在主脉 冲第二次通过期间恒定在Vrc，之后主激光的主脉冲依次传输到1/4波相位延迟器、偏振器 二、法拉第磁旋光器，经偏振器一输出，主激光的主脉冲能量被调整为Ewt，即Ewt= T · E in，
\ 得到能量稳定的激光脉冲，其4 ，是主激光两次通过普克尔盒电光开关的 J 透射率。
5. 根据权利要求4所述的一种激光能量稳定方法，其特征在于，所述步骤（4)中削波 开关设于主激光传输路径的最后，所述主激光的前缀脉冲和主脉冲均经偏振器一、法拉第 磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延迟器、普克尔盒电光开关、全反射镜、普克尔盒电光开关、 1/4波相位延迟器、偏振器二、法拉第磁旋光器、偏振器一，最后传输到削波开关，削波开关 削去主激光的前缀脉冲，然后输出激光能量为E wt的激光脉冲。
6. 根据权利要求4所述的一种激光能量稳定方法，其特征在于，通过改变取样光路光 纤的长度，使所述主激光的主脉冲在时序关系上处于取样光的前缀脉冲与取样光的主脉冲 之间。
7. 根据权利要求4所述的一种激光能量稳定方法，其特征在于，所述普克尔盒电光开 关为磷酸二氘钾电光开关，双程工作，1/4波电压为3. 5kV，等效电容值C为10pF。
8. 根据权利要求4所述的一种激光能量稳定方法，其特征在于，所述普克尔盒电光开 关预先施加电压V〇为3. 5kV，所述透射率T为30-70 %。
9. 根据权利要求4所述的一种激光能量稳定方法，其特征在于，所述光电导开关为砷 化镓光电导开关，暗阻值为兆欧姆数量级，亮阻值为欧姆数量级。
【专利摘要】本发明公开了一种基于前缀脉冲的激光能量稳定装置及其能量稳定方法，属于激光技术领域，包括主光路和取样光路，所述主光路包括种子光源、普克尔盒电光开关、削波开关，所述取样光路包括依次设置的：分束镜、光强可调衰减器、光电导开关，所述光电导开关的两端分别与普克尔盒电光开关的两极相连接，本发明采用普克尔盒电光开关与光电导开关结合，预先在普克尔盒电光开关上施加电压，在主激光脉冲前先产生一个前缀脉冲，利用前缀脉冲的能量起伏去改变光电导开关的动态阻值，从而改变普克尔盒电光开关的实际电压及普克尔盒电光开关的透射率，实现对主激光脉冲的能量稳定控制，具有同发稳定的特征，并使主激光脉冲的时间波形不发生畸变。
【IPC分类】H01S3-136, H01S3-13
【公开号】CN104659647
【申请号】CN201510076777
【发明人】谢旭东, 陈骥, 唐军, 党钊, 高松, 唐菱, 朱启华, 胡东霞, 郑万国, 王正辉, 王超, 陈远斌, 汪凌芳, 陈林, 丁磊, 刘建国, 刘勇, 卢振华
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月13日