作为微波系统光导器件信号源的高能脉冲簇激光器技术方案

本发明专利技术公开了一种作为微波系统光导器件信号源的高能脉冲簇激光器，它由激光种子源、光纤预放大器、光学调制模块、高频信号源、同步控制电路、光纤放大器和2块可编辑波形信号板组成；同步控制电路输出数字触发信号分别触发2块可编辑波形信号板；一块信号板编辑电脉冲宽度，向激光种子源发送重频脉宽可调的矩形信号；另一块信号板向声光调制器发送预设波形电信号；声光调制器从光纤预放大器接收的光脉冲波形调制为预设时域波形光脉冲，电光强度调制器将预设时域波形光脉冲调制为预设包络波形脉冲簇激光，光纤放大器对预设包络波形脉冲簇激光进行放大，输出矩形包络脉冲簇。本发明专利技术满足高功率可调谐窄谱微波系统光导器件对信号源的需求。

High Energy Pulse Cluster Laser as Signal Source of Photoconductive Devices in Microwave System

【技术实现步骤摘要】
作为微波系统光导器件信号源的高能脉冲簇激光器
本专利技术涉及一种时域参数灵活可调的高能脉冲激光器，属于激光
，特别涉及一种可作为微波系统光导器件信号源的高能脉冲簇激光器。
技术介绍
高功率微波通过强电磁辐射，干扰、扰乱、损伤装备的电子信息系统，使其功能降级或失效，能有效地提高信息对抗能力、具有光速攻击、软杀伤、面杀伤、附带损伤小等特点。但是受限于真空电子管发射机制，传统的高功率微波辐射源具有设计频率不可调，系统体积较大，集成度不高的特性，同时，在功率提升方面达到了一个技术瓶颈。为了应对信息化领域威胁目标电磁环境的日益复杂以及新波形、新频谱，亟需发展能够实现可调谐的高功率窄谱微波系统。近年来，微波光子学将微波与光子技术融合，引起了研究者们的极大关注。当微波系统中的光导器件工作在线性工作模式时，光导器件的输出电流与入射激光有一致的波形和频率，光导器件的输出电流经过脉冲形成线和辐射系统产生微波辐射。由于微波系统的能量存储特性限制，光导器件的入射激光须为脉冲簇形式的激光。脉冲簇激光指一组特定数量的高频脉冲等间隔地形成低重频的大脉冲，这即为脉冲簇激光的时域特性。可调谐的高功率窄谱微波系统对作为光导器件信号源的入射激光的要求是：(1)入射脉冲簇激光的脉冲能量大于光导器件的响应阈值且在光导器件线性工作区内；(2)入射脉冲簇激光的工作中心波长与光导器件的最佳响应波长相匹配；(3)入射脉冲簇激光的高频脉冲为频率灵活可调的正弦波形，其中正弦波形决定了光导器件响应入射激光生成的高频电信号为正弦型，经过微波组件辐射的微波为窄谱，频率灵活可调决定了光导器件响应入射激光生成的高频电信号频率可调，经过微波组件辐射的微波主频可调；(4)入射脉冲簇激光的高频脉冲能量分布均匀，即入射脉冲簇激光包络波形为矩形。主振荡器结合光纤放大器是目前实现时域参数灵活可调的高能脉冲簇激光器的常用方法，但是由于光纤放大器中的增益饱和效应，输出脉冲波形会发生严重的畸变，即脉冲簇的包络与输入包络波形会不同，现有的输出包络波形可调的脉冲簇激光器有三种：1.2012年发表在OpticsLetters(光学快报)，第37卷第18期，第2586页至第2588页，题为“1mJpulseburstsfromaYb-dopedfiberamplifier”(掺镱光纤放大器输出1mJ脉冲簇激光)的论文(称为
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一)，由锁模激光器、声光调制器和光纤放大器组成，锁模激光器作为高频皮秒脉冲种子源，声光强度调制器选脉冲实现时域脉冲簇输出，光纤放大器提升脉冲能量至1mJ。但锁模激光器输出的高频脉冲只能通过倍频的方式实现高频脉冲频率的改变，无法达到连续可调，高频脉冲波形不可控。2.2017年发表在OpticsExpress(光学快讯)，第25卷第12期，第13557页至13566页，题为“100uJpulseenergyinburst-mode-operatedhybridfiber-bulkamplifiersystemwithenvelopeshaping”(光纤固体放大器中输出包络形状可控的100uJ脉冲簇激光)的论文(称为
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二)，其激光器结构如图1所示，由激光种子源1、两个电光强度调制器(包括第二电光强度调制器33和电光强度调制器32)、双通道任意波形发生器22、光纤放大器6、耦合系统55和固体放大器44组成。所述激光种子源1为半导体连续激光种子源，耦合系统55和固体放大器44使得该脉冲簇激光器具有空间光路，为非全光纤结构；虽然该激光器产生的高频脉冲能量是均匀的，且脉冲簇的大脉冲时域波形、重频、脉宽、高频脉冲重频均可调，但是论文中没有提及任意波形发生器22的参数，只描述了产生的高频脉冲重频为40MHz，波形为近矩形的实验，可以推断此激光器并不能产生窄谱微波辐射。3.2016年发表在OpticsExpress(光学快讯)，第24卷第18期，第20963页至20972页，题为“Burst-mode-operated,sub-nanosecondfiberMOPAsystemincorporatingdirectseed-packetshaping”(种子波形直接可调的亚纳秒脉冲簇光纤MOPA放大器)的论文(称为
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三)，采用驱动电路直接调制半导体激光器实现脉冲簇输出及波形控制，受限于半导体激光器驱动电路高频响应能力，其输出高频脉冲只能达到百MHz量级，无法实现GHz量级的高频脉冲输出。综上所述，目前尚没有公开文献涉及能作为微波系统光导器件信号源的高能脉冲簇激光器。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服
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所述文献报道中的受限因素，提供一种可作为微波系统光导器件信号源的高能脉冲簇激光器，这种激光器产生的脉冲簇激光能满足可调谐高功率窄谱微波系统光导器件对入射激光的要求。本专利技术提出的激光器能实现脉冲簇包络波形、脉冲簇重频、脉冲簇脉宽、脉冲簇内高频脉冲重频都可调的高能脉冲簇激光输出。具体地，本专利技术提出的脉冲簇激光器具有：(1)输出脉冲能量在光导器件线性响应范围内；(2)高频脉冲为正弦波形，可应用于产生窄谱的微波辐射；(3)高频脉冲重复频率在GHz量级连续可调，使得窄谱微波辐射主频在GHz量级连续可调；(4)高频脉冲能量均匀，即输出脉冲簇包络的时域波形为矩形，使得微波辐射能量均匀。本专利技术的技术方案如下：本专利技术由激光种子源、光纤预放大器、光学调制模块、高频信号源、同步控制电路、光纤放大器和2块可编辑波形信号板(即第一可编辑波形信号板和第二可编辑波形信号板)组成。光学调制模块由声光调制器和电光强度调制器组成，声光调制器和电光强度调制器以光纤熔接器件尾纤的方式连接。激光种子源的输出端与光纤预放大器的输入端、光纤预放大器的输出端与光学调制模块的光纤输入端(即声光调制器的光纤输入端)、光学调制模块的输出端(即电光强度调制器的光纤输出端)与光纤放大器的输入端均通过光纤熔接的方式连接，光纤放大器的输出端熔接有端帽或者隔离器。且激光种子源的信号输入端与第一可编辑波形信号板的信号输出端通过同轴信号线相连；第一可编辑波形信号板的外部触发信号输入端与同步控制电路的第一输出端通过同轴信号线连接；第二可编辑波形信号板的外部触发信号输入端与同步控制电路的第二输出端通过同轴信号线相连，第二可编辑波形信号板的信号输出端与声光调制器的信号输入端通过同轴信号线相连。电光强度调制器的射频信号输入端与高频信号源的信号输出端以同轴信号线连接。所述同步控制电路为第一可编辑波形信号板和第二可编辑波形信号板提供同步时序信号。同步控制电路第一输出端输出的第一同步时序信号用于触发第一可编辑波形信号板，第二输出端输出的第二同步时序信号用于触发第二可编辑波形信号板。要求2路同步时序信号为脉宽可调，重频可调，幅值为2.5V～5V的标准数字触发信号，且第一同步时序信号和第二同步时序信号脉冲间时间抖动小于5ns。所述第一可编辑波形信号板为外触发工作模式，当从同步控制电路接收到第一同步时序信号时，根据微波系统光导器件对信号源脉宽的要求编辑电脉冲宽度，向激光种子源发送重频和脉宽都可调的矩形信号。所述激光种子源采用半导体脉冲激光种子源，这种半导体脉冲激光种子源可以根据第一可编辑波形信号板输出的矩形信号产生脉冲重频、脉宽、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种作为微波系统光导器件信号源的高能脉冲簇激光器，其特征在于作为微波系统光导器件信号源的高能脉冲簇激光器由激光种子源(1)、光纤预放大器(2)、光学调制模块(3)、高频信号源(4)、同步控制电路(5)、光纤放大器(6)、2块可编辑波形信号板(7)即第一可编辑波形信号板(71)和第二可编辑波形信号板(72)组成；光学调制模块(3)由声光调制器(31)和电光强度调制器(32)组成，声光调制器(31)和电光强度调制器(32)以光纤熔接器件尾纤的方式连接；激光种子源(1)的输出端与光纤预放大器(2)的输入端、光纤预放大器(2)的输出端与光学调制模块(3)的光纤输入端即声光调制器(31)的光纤输入端、光学调制模块(3)的输出端即电光强度调制器(32)的光纤输出端与光纤放大器(6)的输入端均通过光纤熔接的方式连接；激光种子源(1)的信号输入端与第一可编辑波形信号板(71)的信号输出端通过同轴信号线相连；第一可编辑波形信号板(71)的外部触发信号输入端与同步控制电路(5)的第一输出端通过同轴信号线连接；第二可编辑波形信号板(72)的外部触发信号输入端与同步控制电路(5)的第二输出端通过同轴信号线相连，第二可编辑波形信号板(72)的信号输出端与声光调制器(31)的信号输入端通过同轴信号线相连，电光强度调制器(32)的射频信号输入端与高频信号源(4)的信号输出端以同轴信号线连接；同步控制电路(5)为第一可编辑波形信号板(71)和第二可编辑波形信号板(72)提供同步时序信号；第一输出端输出的第一同步时序信号用于触发第一可编辑波形信号板(71)，第二输出端输出的第二同步时序信号用于触发第二可编辑波形信号板(72)；第一可编辑波形信号板(71)为外触发工作模式，当从同步控制电路(5)接收到第一同步时序信号时，根据微波系统光导器件对信号源脉宽的要求编辑电脉冲宽度，向激光种子源(1)发送重频和脉宽都可调的矩形信号；激光种子源(1)采用半导体脉冲激光种子源，根据第一可编辑波形信号板(71)输出的矩形信号产生脉冲重频、脉宽、幅值、时域波形均灵活可调的激光种子脉冲；光纤预放大器(2)对从激光种子源(1)产生的激光种子脉冲进行功率提高，并提升作为微波系统光导器件信号源的高能脉冲簇激光器的信噪比；光纤预放大器(2)由M级光纤放大器组成，M≥1；第二可编辑波形信号板(72)为外触发工作模式，当从同步控制电路(5)接收到第二同步时序信号时向声光调制器(31)发送预设波形电信号；声光调制器(31)是光纤耦合声光调制器，声光调制器(31)一方面从第二可编辑波形信号板(72)接收预设波形电信号，将光纤预放大器(2)输出的光脉冲波形调制为预设时域波形光脉冲，并将预设时域波形光脉冲发送给电光强度调制器(32)；另一方面声光调制器(31)关断光纤预放大器(2)输出的光脉冲间连续的自发辐射噪声；所述高频信号源(4)用于为电光强度调制器(32)提供频率可调的GHz量级高频正弦信号，要求高频信号源(4)输出的电压大于电光强度调制器(32)的半波电压；电光强度调制器(32)根据高频信号源(4)输出的高频正弦信号，将从声光调制器(31)接收的预设时域波形光脉冲调制为预设包络波形脉冲簇激光，使得预设包络波形脉冲簇激光内高频脉冲的重频和波形与从高频信号源(4)接收的高频正弦信号相同，并将调制后的脉冲簇激光发送给光纤放大器(6)；光纤放大器(6)对从电光强度调制器(32)接收的预设包络波形脉冲簇激光进行放大，输出矩形包络脉冲簇，光纤放大器(6)由N级光纤放大器组成，N≥2；光纤放大器(6)的输出端熔接有光纤端帽或者隔离器。...

【技术特征摘要】
1.一种作为微波系统光导器件信号源的高能脉冲簇激光器，其特征在于作为微波系统光导器件信号源的高能脉冲簇激光器由激光种子源(1)、光纤预放大器(2)、光学调制模块(3)、高频信号源(4)、同步控制电路(5)、光纤放大器(6)、2块可编辑波形信号板(7)即第一可编辑波形信号板(71)和第二可编辑波形信号板(72)组成；光学调制模块(3)由声光调制器(31)和电光强度调制器(32)组成，声光调制器(31)和电光强度调制器(32)以光纤熔接器件尾纤的方式连接；激光种子源(1)的输出端与光纤预放大器(2)的输入端、光纤预放大器(2)的输出端与光学调制模块(3)的光纤输入端即声光调制器(31)的光纤输入端、光学调制模块(3)的输出端即电光强度调制器(32)的光纤输出端与光纤放大器(6)的输入端均通过光纤熔接的方式连接；激光种子源(1)的信号输入端与第一可编辑波形信号板(71)的信号输出端通过同轴信号线相连；第一可编辑波形信号板(71)的外部触发信号输入端与同步控制电路(5)的第一输出端通过同轴信号线连接；第二可编辑波形信号板(72)的外部触发信号输入端与同步控制电路(5)的第二输出端通过同轴信号线相连，第二可编辑波形信号板(72)的信号输出端与声光调制器(31)的信号输入端通过同轴信号线相连，电光强度调制器(32)的射频信号输入端与高频信号源(4)的信号输出端以同轴信号线连接；同步控制电路(5)为第一可编辑波形信号板(71)和第二可编辑波形信号板(72)提供同步时序信号；第一输出端输出的第一同步时序信号用于触发第一可编辑波形信号板(71)，第二输出端输出的第二同步时序信号用于触发第二可编辑波形信号板(72)；第一可编辑波形信号板(71)为外触发工作模式，当从同步控制电路(5)接收到第一同步时序信号时，根据微波系统光导器件对信号源脉宽的要求编辑电脉冲宽度，向激光种子源(1)发送重频和脉宽都可调的矩形信号；激光种子源(1)采用半导体脉冲激光种子源，根据第一可编辑波形信号板(71)输出的矩形信号产生脉冲重频、脉宽、幅值、时域波形均灵活可调的激光种子脉冲；光纤预放大器(2)对从激光种子源(1)产生的激光种子脉冲进行功率提高，并提升作为微波系统光导器件信号源的高能脉冲簇激光器的信噪比；光纤预放大器(2)由M级光纤放大器组成，M≥1；第二可编辑波形信号板(72)为外触发工作模式，当从同步控制电路(5)接收到第二同步时序信号时向声光调制器(31)发送预设波形电信号；声光调制器(31)是光纤耦合声光调制器，声光调制器(31)一方面从第二可编辑波形信号板(72)接收预设波形电信号，将光纤预放大器(2)输出的光脉冲波形调制为预设时域波形光脉冲，并将预设时域波形光脉冲发送给电光强度调制器(32)；另一方面声光调制器(31)关断光纤预放大器(2)输出的光脉冲间连续的自发辐射噪声；所述高频信号源(4)用于为电光强度调制器(32)提供频率可调的GHz量级高频正弦信号，要求高频信号源(4)输出的电压大于电光强度调制器(32)的半波电压；电光强度调制器(32)根据高频信号源(4)输出的高频正弦信号，将从声光调制器(31)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，侯静，贺璇，杨林永，贺军涛，荀涛，伍麒霖，陈胜平，宋锐，杨未强，刘帅林，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43