高重复频率激光脉冲生成和延迟时间校准方法技术

本发明专利技术公开了一种高重复频率激光脉冲生成和延迟时间校准方法，包括：低重复频率激光振荡源产生低重复频率的激光脉冲；多个级联的延迟单元分别将输入本级延迟单元的激光脉冲分成两路，使其中一路延迟一段预定的延迟时间后再与另一路耦合后输出；通过高重复频率激光振荡源和光学自相关仪分别检测每个所述延迟单元输出的激光脉冲的光学输出特征，并根据各所述光学输出特征校准各所述延迟时间；校准后的多个级联的延迟单元输出高重复频率激光脉冲。其中，第一级延迟单元与低重复频率激光振荡源相连，各级延迟单元依次串联。本方法提出使用双脉冲光学自相关方法，精确校准延迟单元的延迟时间，通过级联的延迟单元，产生高精度的高重复频率激光脉冲。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤激光振荡源的
，具体涉及一种高重复频率激光脉冲生成和延迟时间校准方法。
技术介绍
构成光纤激光振荡源光学腔的各个元器件都需要有一定长度，无法做成很短的腔长，其脉冲重复频率一般在几十兆赫兹。可以利用高阶孤子效应在腔内形成多个脉冲，这样可以提高脉冲重复频率，但高阶孤子脉冲之间的时间结构不是很稳定，不能满足严格时间抖动的要求。射频调制的主动锁模激光器可以产生10GHz的激光脉冲重复频率，但激光使用的波导调制器直流偏置经常漂移，致使设备启动和运行时光脉冲参数重复性和稳定性较差。对于用于L波段能量循环电子加速器装置光阴极上的激光振荡源，需要产生重复频率1.3GHz，皮秒的光脉冲宽度，低时间抖动光脉冲序列。对于S波段和X波段，需要的重复频率更高。如果振荡源输出激光的光脉冲参数重复性不好，会影响用它构建的激光系统中脉冲压缩、倍频或整形环节的参数匹配，降低整个激光系统的性能。工作状态不稳定，则需要经常用高带宽的示波器或是频谱仪等检测设备来调试校准，所以调试和运行维护成本非常高昂。针对目前高重频振荡源存在的问题，寻找一种简单可靠的方法产生高重复频率激光脉冲无疑非常必要。
技术实现思路
在下文中给出关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅
是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。本专利技术的一个主要目的在于提供一种高重复频率激光脉冲生成和延迟时间校准方法。本专利技术所提供的高重复频率激光脉冲生成和延迟时间校准方法包括：低重复频率激光振荡源产生低重复频率的激光脉冲；多个级联的延迟单元分别将输入本级延迟单元的激光脉冲分成两路，使其中一路延迟一段预定的延迟时间后再与另一路耦合后输出；通过高重复频率激光振荡源和光学自相关仪分别检测每个所述延迟单元输出的激光脉冲的光学输出特征，并根据各所述光学输出特征校准各所述延迟时间；校准后的所述多个级联的延迟单元输出高重复频率激光脉冲。其中，所述多个级联的延迟单元的第一级延迟单元与所述低重复频率激光振荡源相连，各级延迟单元依次串联。本专利技术生成的高重频光纤激光脉冲，由于采用了低频振荡源，比较稳定，生成的激光脉冲通过时间延迟，脉冲内插获得高重复频率脉冲，有源部分仅为低频振荡源，整个系统更加稳定可靠，维护容易、成本低廉。然而，由于制作耦合器和延迟线等光纤器件时，尾纤长度差异较大，要通过时间延迟内插脉冲制作亚皮秒时间精度高重复频率激光脉冲序列，必须对时间延迟进行标定和调整，才能达到使用要求。也就是说，对延迟单元的标定和调整是制作的关键。在本专利技术中，为了制作高精度延迟单元，配备了高重复频率振荡源和光学自相关仪。如果把高重复频率振荡源，如1.3GHz重复频率接入延迟单元，延迟单元的输出连接到光学自相关仪，当光路的延迟时间差异是1.3GHz激光脉冲的一个间隔769.2ps，或两路的延迟距离为该时间间隔的整数倍时，两路脉冲合成后会有两个脉冲靠到一起。一旦延迟时间不准确，可以对延迟时间调整，利用光学自相关仪中双脉冲输出的相关曲线判定脉冲是否重合。如果确定了这一延迟单元中的延迟距离，当一个低重复频率激光脉冲经过这一延迟单元，会在每个输入脉冲的延迟769.2ps间隔位置上自然填充一个脉冲。通过级联整数倍的延迟单元，就可形成逐步填充，生成具有较高时间延迟精度的高重复频率脉冲序列。附图说明参照下面结合附图对本专利技术实施例的说明，会更加容易地理解本专利技术的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本专利技术的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。图1为本专利技术一实施例中校准高精度的延迟时间的示意图。图2为本专利技术一实施例中确定延迟时间时双脉冲自相关信号输出示意图。图3为本专利技术一实施例中激光脉冲经过一级延迟结构后脉冲填充的示意图。图4为本专利技术一实施例中从一级延迟结构输出脉冲进入下一级延迟结构示意图。图5为本专利技术一实施例中用四个延迟结构单元级联生成高重复频率脉冲示意图。具体实施方式下面参照附图来说明本专利技术的实施例。在本专利技术的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本专利技术无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。在本实施例中，本专利技术提供的高重复频率激光脉冲生成和延迟时间校准方法，包括：低重复频率激光振荡源产生低重复频率的激光脉冲；多个级联的延迟单元分别将输入本级延迟单元的激光脉冲分成两路，使其中一路延迟一段预定的延迟时间后再与另一路耦合后输出；通过高重复频率激光振荡源和光学自相关仪分别检测每个所述延迟单元输出的激光脉冲的光学输出特征，并根据各所述光学输出特征校准各所述延迟时间；校准后的所述多个级联的延迟单元输出高重复频率激光脉冲。其中，所述多个级联的延迟单元的第一级延迟单元与所述低重复频率激光振荡源相连，各级延迟单元依次串联。在一优选实施例中，每个所述延迟单元包括耦合器、可调延迟线和延迟光纤。所述耦合器用于将输入本级延迟单元的激光脉冲分成两路，以使其中一路延迟一段预定的延迟时间后再与另一路耦合，形成两倍数量的输出脉冲。所述延迟光纤用于将所述耦合器输出的一路激光脉冲延迟一段预定的延迟时间，再与另一路耦合。所述可调延迟线用于调节所述延迟时间。在一优选实施例中，所述低重复频率激光振荡源为光纤被动锁模振荡源。在一优选实施例中，每级所述延迟单元预定的延迟时间为所述高重频激光振荡源输出光脉冲周期的整数倍。在一优选实施例中，所述第一级延迟单元的预定的延迟时间为所述高重频光纤激光振荡源输出的高重频光纤激光脉冲的周期；各级延迟单元的预定的延迟时间为相邻上级延迟单元预定的延迟时间的2倍。在一优选实施例中，所述高重频激光振荡源的重复频率是所述低重复频率振荡源的重复频率的2N倍。其中，N为所述延迟单元的数量。所述各级延迟单元自第一级延迟单元起，每级延迟单元分别对所输入的激光脉冲延迟T，2T，4T，8T，…，2N-1T。其中，T为输出的高重频激光脉冲的周期。在一优选实施例中，各级所述延迟单元在进行所述检测和所述校准时，输入端接入所述高重复频率激光振荡源,输出端接入所述光学自相关仪。在一优选实施例中，所述高重频激光振荡源的重复频率不低于所生成的高重复频率脉冲的频率。所述高重频激光振荡源的重复频率为2的倍数，使两路激光脉冲耦合后形成双脉冲相关信号。根据所述双脉冲相关信号的光学输出特征，校准所述延迟时间。在一优选实施例中，所述双脉冲相关信号的光学输出特征，在所述光学自相关仪扫描时的重合程度不同，在所述光学自相关仪中形成不同形状的脉冲相关曲线。在一优选实施例中，所述激光脉冲的精度为皮秒级，所述延迟时间的精度为亚皮秒级。具体地，在本实施例中，用81.25MHz的低重复频率振荡源来生成一个脉冲重复频率为1.3GHz的激光脉冲序列。首先要制作高时间延迟精度的延迟单元，来延迟1.3GHz一个脉冲周期T0，亦即769.23ps。图1为本专利技术一实施例中校准高精度的延迟时间的示意图。在本实施方式中，包括1.3GHz本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高重复频率激光脉冲生成和延迟时间校准方法，包括：低重复频率激光振荡源产生低重复频率的激光脉冲；多个级联的延迟单元分别将输入本级延迟单元的激光脉冲分成两路，使其中一路延迟一段预定的延迟时间后再与另一路耦合后输出；通过高重复频率激光振荡源和光学自相关仪分别检测每个所述延迟单元输出的激光脉冲的光学输出特征，并根据各所述光学输出特征校准各所述延迟时间；校准后的所述多个级联的延迟单元输出高重复频率激光脉冲；其中，所述多个级联的延迟单元的第一级延迟单元与所述低重复频率激光振荡源相连，各级延迟单元依次串联。

【技术特征摘要】
1.一种高重复频率激光脉冲生成和延迟时间校准方法，包括：低重复频率激光振荡源产生低重复频率的激光脉冲；多个级联的延迟单元分别将输入本级延迟单元的激光脉冲分成两路，使其中一路延迟一段预定的延迟时间后再与另一路耦合后输出；通过高重复频率激光振荡源和光学自相关仪分别检测每个所述延迟单元输出的激光脉冲的光学输出特征，并根据各所述光学输出特征校准各所述延迟时间；校准后的所述多个级联的延迟单元输出高重复频率激光脉冲；其中，所述多个级联的延迟单元的第一级延迟单元与所述低重复频率激光振荡源相连，各级延迟单元依次串联。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：每个所述延迟单元包括耦合器、可调延迟线和延迟光纤；所述耦合器用于将输入本级延迟单元的激光脉冲分成两路，以使其中一路延迟一段预定的延迟时间后再与另一路耦合，形成两倍数量的输出脉冲；所述延迟光纤用于将所述耦合器输出的一路激光脉冲延迟一段预定的延迟时间，再与另一路耦合；所述可调延迟线用于调节所述延迟时间。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述低重复频率激光振荡源为光纤被动锁模振荡源。4.根据权利要求1-3任意一项所述方法，其特征在于：每级所述延迟单元预定的延迟时间为所述高重频激光振荡源输出光脉冲周期的整数倍。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐金强，孙大睿，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11