激光脉冲拾取系统技术方案

一种锁模激光器为具有至少一个偏振器的脉冲拾取器提供沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲串。与所述种子光束光通信连接的法拉第旋转器将所述种子光束旋转约45°。双传声光调制器(AOM)接收穿过所述法拉第旋转器的所述种子光束并将所述种子光束衍射成一阶第一传光束和零阶第一传光束。反射器将所述第一传一阶光束反射至所述声光调制器以用于第二传。所述调制器将所述光束衍射成零阶第二传光束和一阶第二传衍射光束，所述一阶第二传光束与所述入射种子基本在相同的路径上传播，但是方向相反。

Laser pulse pickup system

A mode-locked laser provides a high repetition rate seed pulse along a seed beam path for a pulse pickup having at least one polarizer. A Faraday rotator connected to the seed beam beam rotates the seed beam about 45 degrees. A dual pass acousto optic modulator (AOM) receives the seed beam passing through the Faraday rotator and diffraction the seed beam into a first order first beam and a zeroth order first beam. The reflector reflects the first pass first order light beam to the acoustooptic modulator for use in the second pass. The modulator diffracted the beam into a zero order second pass beam and a first second pass diffraction beam, the first second pass beam propagating substantially on the same path with the incoming seed, but in reverse direction.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种提供超短快速脉冲的系统及方法，该脉冲具有特定的重复率以及优化的背景和侧脉冲对比度。
技术介绍
基于主控振荡器功率放大器的高脉冲能量系统通常需要通过脉冲拾取机构将振荡器的重复率降低至特定用户频率。脉冲拾取通常是采用一对普克尔盒来实现，普克尔盒是一种电光设备，当接通高电压(几千伏)时，其可使激光光束发生偏振迟滞。为了形成短脉冲，连接至电光晶体的高电压信号必须快速地打开并关闭。上升时间可调节为3-5微秒的数量级，但是为了使脉冲的下降时间与上升时间相同，有时需要使用第二个普克尔盒。采用普克尔盒，脉冲拾取重复率可调节为大约1MHz。尽管很有效，但是由于多种原因本文并不采用这种脉冲拾取方法。首先，一对高速普克尔盒和相应的高速/高压电子设备并不是随手可得的“现货”系统并且必须要专门设计和搭建。这些设备不但贵，而且使用高压电子设备会增加安全性和可靠性方面的担忧。一种通过高重复率振荡器的输出来产生一阵脉冲的替代方法是通过使用声光调制器(AOM)来实现。AOM通常也称为布拉格盒，其工作原理为声光效应，其中传播穿过晶体或液体的声波会导致折射率发生很小的变化。这种变化表现为穿过介质的光波，作为正弦光栅，其波长等于声波波长。因此，在声波存在下，入射光会被衍射。取决于AO材料的光学和声学特性，这会产生两种工作机制：各项同性的或各向异性的。各项同性的相互作用不会改变光束的偏振，此时AOM工作在拉曼-纳斯或布拉格区间，其中大部分入射光可衍射成一阶。各向异性的AO相互作用会改变光束的偏振，从而得到单个衍射阶数，与各项同性的AO相互作用相比，其具有更高的效率和更大的声光带宽。AOM设备的一些特性对于脉冲拾取应用来说是很重要的。AOM设备的衍射效率代表入射光衍射成一阶的百分比。好的转换效率可将低发散度的入射光的约90％的零阶光束功率转换成一阶光束功率。典型的衍射效率为80％左右。当聚焦光束用到AOM中时，因为光波和声波件的发散度失配，衍射效率会下降。而且，将入射光聚焦会提高风险，即便是对于相对低功率的激光器来说，这也会产生光学破坏。然而，这种类型的AOM的更快的响应是一种便捷、有用的特性，可使这种聚焦型的AOM普遍用在脉冲拾取机构中。响应时间是由声波穿过光束所需的时间决定。除了AOM中的光束斑点尺寸之外，AOMRF驱动器的响应和入射激光光束特性也会影响AOM的总体响应时间。假设光束的束腰直径为D，响应时间由光束直径与材料中的声速v间的比值决定。可选择不同的材料用在AOM设备中，这取决于所需的特定的上升时间和入射功率。声速的典型值为4.21mm/μs(TeO2)，3.63mm/μs(PbMoO4)以及5.96mm/μs(石英玻璃)。将所需频率的单脉冲分离的能力是脉冲拾取应用中的重要因素。为了成功地将单脉冲从振荡器脉冲串中分离，需要AOM的上升时间更快，因此应该在AOM中采用更小的光斑尺寸。在AOM中采用具有小直径的光束会带来一系列的限制和缺陷。由于反射效率对光传输方向的角度依赖性，当光束在AOM中聚焦得太紧密时，正如上面提到的，衍射效率会下降，并且光束的特性会失真。当选择具有低重复率的单脉冲时，脉冲的能量很小，因此需要进一步放大。当施加的RF频率关闭时-也称为背光，为了获得有用脉冲拾取信号，穿过AOM的任何数量的光均会在下流光设备中放大并且增益会下降。可通过近似地选取RF驱动器的消光比来使背光最小化，消光比是指最大RF输出与最小输出的比值。通常，大多数RF驱动器的消光比可达40-45dB，这对于某些应用来说是不足够的。而要达到更高的RF消光比是很困难的，这使得当消光比很差时，降低背光就需要付出非常昂贵的代价。在脉冲拾取机构中，背景对比度并不是唯一一个需要优化的参数。由于AOM的响应时间，会出现先于主脉冲的小的前脉冲和紧随主脉冲之后的小的后脉冲。侧脉冲对比度表示主脉冲的峰值强度和任何低位前脉冲或后脉冲的强度之间的比值，为了在后面的级中进行有效放大，需要将这一比值最小化。为了降低这些对比度，有人提出了使用两个串联的AOM来清除背景脉冲并提高侧脉冲对比度。基于这一思想的一些商业产品可用来提高AOM中的对比度。通过放置两个串联的布拉格盒，将一束光穿过这两个布拉格盒，这样可达到很高的对比度(6000:1)。由于衍射阶数的椭圆特性，为了从AOM设备中获得良好的脉冲拾取光束，光学设置就变成了一个非常具有挑战的任务。纠正这一椭圆特性，通常需要额外的元器件如柱面镜以及非常仔细的光学对齐工艺。因此，这一方法不但需要多个由额外的RF驱动器驱动的布拉格盒，还需要额外的光学元器件，这就抵消了AOM脉冲拾取器对基于EO的脉冲拾取器来说的实用性优势。参见美国专利US7907334B2。而且，在后续级中的脉冲拾取光束的放大必须要一个合适的隔离系统，用来防止设备由于自发镭射或反射而被破坏。因此，仍然需要一种简单的、结构紧凑的并且可靠的AOM脉冲拾取系统，并且其部件价格低，这样可维持EO设备的优良的背景和前脉冲对比度。
技术实现思路
在本专利技术中，使用了一种双传脉冲拾取器声光调制器(AOM)，其中一阶第一传被反射并再次聚焦到AOM设备中，该调制器工作在布拉格区间。一阶第二传沿着与入射种子光束相同的路径传播，并且通过偏振光学组件抽取出来。通过进一步从第一传中清除遗留的背景和侧脉冲对比度，双传声光调制器(下称AOM)解决了单传AOM脉冲拾取器中的低对比度问题。最后的对比度将增加数倍，高达第一传的对比度的平方的总和。由于双传结构中的对比度大幅提高，AOM中的光束尺寸可以增大，因此可提高总体衍射效率和对齐灵敏度。能够在AOM中将入射光束聚焦成更大光斑尺寸的另一好处就是可以减少光束特性的椭圆特性，这是声发散度和光输入发散度更好地匹配的直接结果。在本专利技术中，在脉冲拾取系统中使用了双传AOM。本专利技术提供了一种激光系统，用于提供具有优良对比度和所需重复率的超短脉冲。根据本专利技术，锁模激光器提供沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲串。提供了一种脉冲拾取器，其与所述锁模激光器光通信连接。所述脉冲拾取器包括与所述锁模激光器光通信连接的至少一个偏振器，从而提供具有预选线性偏振的种子光束。提供了一种法拉第旋转器，其与所述种子光束光通信连接，从而将所述种子光束的所述预选线性偏振旋转约45°。使用了一种声光调制器(AOM)，其工作在布拉格区间，用于接收传播穿过所述法拉第旋转器的所述种子光束并将所述种子光束衍射成一阶第一传光束和零阶第一传光束。提供了一种反射器，其与所述一阶第一传光束光通信连接，从而将所述第一传一阶光束反射并返回至所述声光调制器。所述调制器将所述一阶第一传光束衍射成零阶第二传光束和一阶第二传衍射光束，所述一阶第二传光束与所述入射种子光束在基本上相同的路径上传播，但是方向相反。所述反射器为曲面反射镜或反射镜以及聚焦透镜。所述反射器将所述一阶第一传光束引导入所述AOM中，位置与所述入射种子光束的位置基本相同。所述一阶第二传光束回穿所述法拉第旋转器，在此其偏振旋转了约45°，结果产生的偏振约与所述入射种子光束垂直。所述一阶第二传光束回穿所述偏振器从而将一阶第二传光束与沿着相同路径传播的所述种子光束相分离，进而从所述脉冲拾取器中移除所述一阶第二传光束，作为脉冲输出。根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光系统，其特征在于，包括：a)种子激光器，用于产生沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲串；b)与所述锁模激光器光通信连接的脉冲拾取器；所述脉冲拾取器包括：i)第一偏振器，与所述锁模激光器光通信连接从而提供具有预选线性偏振的种子光束；ii)法拉第旋转器，与所述种子光束光通信连接从而将所述种子光束的所述预选线性偏振旋转约45°；iii)声光调制器(AOM)，工作在布拉格区间，用于接收传播穿过所述法拉第旋转器的所述种子光束并将所述种子光束衍射成一阶第一传光束和零阶第一传光束；iv)反射器，与所述一阶第一传光束光通信连接从而将所述第一传一阶光束反射并返回至所述声光调制器，所述调制器将所述一阶第一传光束衍射成零阶第二传光束和一阶第二传衍射光束，所述一阶第二传光束与所述入射种子光束基本上在相同的路径上传播，但是方向相反；v)所述反射器包括曲面反射镜或反射镜以及第二聚焦透镜；vi)所述反射器将所述一阶第一传光束引导到所述AOM中与所述入射种子光束基本上相同的位置上；vii)所述一阶第二传光束回穿所述法拉第旋转器，在此其偏振旋转了约45°并且结果产生的偏振约与入射种子光束垂直；viii)所述一阶第二传光束回穿所述第一偏振器，从而将所述一阶第二传光束与在相同路径上传播的所述种子光束相隔离，进而将所述一阶第二传光束从所述脉冲拾取器中移除，作为脉冲输出。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.21 US 14/5496141.一种激光系统，其特征在于，包括：a)种子激光器，用于产生沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲串；b)与所述锁模激光器光通信连接的脉冲拾取器；所述脉冲拾取器包括：i)第一偏振器，与所述锁模激光器光通信连接从而提供具有预选线性偏振的种子光束；ii)法拉第旋转器，与所述种子光束光通信连接从而将所述种子光束的所述预选线性偏振旋转约45°；iii)声光调制器(AOM)，工作在布拉格区间，用于接收传播穿过所述法拉第旋转器的所述种子光束并将所述种子光束衍射成一阶第一传光束和零阶第一传光束；iv)反射器，与所述一阶第一传光束光通信连接从而将所述第一传一阶光束反射并返回至所述声光调制器，所述调制器将所述一阶第一传光束衍射成零阶第二传光束和一阶第二传衍射光束，所述一阶第二传光束与所述入射种子光束基本上在相同的路径上传播，但是方向相反；v)所述反射器包括曲面反射镜或反射镜以及第二聚焦透镜；vi)所述反射器将所述一阶第一传光束引导到所述AOM中与所述入射种子光束基本上相同的位置上；vii)所述一阶第二传光束回穿所述法拉第旋转器，在此其偏振旋转了约45°并且结果产生的偏振约与入射种子光束垂直；viii)所述一阶第二传光束回穿所述第一偏振器，从而将所述一阶第二传光束与在相同路径上传播的所述种子光束相隔离，进而将所述一阶第二传光束从所述脉冲拾取器中移除，作为脉冲输出。2.如权利要求1的激光器，其特征在于，进一步包括与所述法拉第旋转器和声光调制器光通信连接的半波片，在所述半波片中所述种子光束的偏振旋转约45°再加上或减去法拉第旋转器的45°旋转，得到的总旋转约为90°或约为0°，这取决于所述半波片的旋转方向。3.如权利要求1的激光器，其特征在于，进一步包括与从所述法拉第旋转器传出的并先于所述种子光束入射到所述AOM上的种子光束光通信连接的第二聚焦透镜或第二透镜，从而将所述种子光束以预选的光束直径聚焦到所述AOM中。4.如权利要求3的激光器，其特征在于，所述第二聚焦透镜或第二透镜或所述曲面镜将所述种子光束直径聚焦为40-150μm后进入所述AOM。5.如权利要求1的激光器，其特征在于，所述第一传一阶光束对比度为30:1或更好。6.如权利要求1的激光器，其特征在于，所述第二传一阶光束的对比度为1000:1或更好。7.如权利要求1的激光器，其特征在于，所述第二传一阶光束的对比度为500:1或更好。8.如权利要求1的激光器，其特征在于，所述第二传一阶光束的对比度为5000:1或更好。9.如权利要求1的激光系统，其特征在于，进一步包括与从所述法拉第旋转器传出的所述种子光束光通信连接的第二偏振器，并且所述第二偏振器位于所述AOM和所述法拉第旋转器之间从而形成隔离器，以防止来自光束的反馈回传至所述第一偏振器。10.如权利要求2的激光系统，其特征在于，进一步包括与从所述法拉第旋转器传出的所述种子光束光通信连接的第二偏振器，并且所述第二偏振器位于所述AOM和所述法拉第旋转器之间从而形成隔离器，以防止来自光束的反馈回传至所述第一偏振器，所述隔离器至少产生20db隔离。11.如权利要求1的激光系统，其特征在于，进一步包括与所述一阶第二传光束光通信连接的一个或多个放大器级，用于放大所述光束。12.如权利要求11的激光系统，其特征在于，进一步包括与从所述法拉第旋转器传出的所述种子光束光通信连接的第二偏振器，并且所述第二偏振器位于所述AOM和所述法拉第旋转器之间从而形成隔离器，以防止来自光束的反馈回传至所述第一偏振器。13.一种激光系统，其特征在于，包括：a)锁模激光器，用于产生沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲串；b)与所述锁模激光器光通信连接的脉冲拾取器；所述脉冲拾取器包括：i)第一偏振器，用于传播沿着所述种子光束路径的预选线性偏振；ii)与所述种子光束光通信连接的半波片以及与所述半波片光通信连接的法拉第旋转器，从而将所述种子光束的预选偏振旋转90°；iii)与从所述半波片和所述法拉第旋转器传出的所述种子光束光通信连接的第一聚焦透镜；iv)声光调制器(AOM)，工作在布拉格区间，用于接收从所述聚焦透镜中传出的所述种子光束并将所述种子光束衍射成一阶第一传光束；v)反射器，用于反射所述第一传一阶光束并将其返回至所述声光调制器中，所述调制器将所述一阶第一传光束衍射成一阶第二传衍射光束，所述一阶第二传衍射光束与所述入射种子光束在相同的路径上传播，但是方向相反；vi)所述反射器包括曲面反射镜或反射镜以及第二聚焦透镜，在此所述所述第一传一阶光束被聚焦并反射；vii)所述反射器将所述一阶第一传光束引导到所述AOM中与所述入射种子光束基本上相同的位置上；viii)所述一阶第二传光束回穿所述第一透镜，经所述第一透镜准直后，回穿所述法拉第旋转器和半波片，在此相对所述预选偏振，其偏转仍然保持为转动了90°，再回穿所述第一偏振器，在此所述一阶第二传光束被反射为超短输出脉冲。14.如权利要求13的激光器，其特征在于，所述超短输出脉冲的对比度为5000:1或更好。15.如权利要求13的激光系统，其特征在于，进一步包括：ix)与所述一阶第二传光束光通信连接的多级放大器链，用于放大所述光束。16.如权利要求15的激光系统x)与从所述半波片和所述法拉第旋转器传出的所述种子光束光通信连接的第二偏振器，并且所述第二偏振器位于所述AOM和所述半波片及所述法拉第旋转器之间，从而将所述一阶第二传光束和来自所述第一偏振器的反馈隔离开。17.一种用于改变锁模谐振器的重复率的方法，其特征在于，包括：a)将具有预选线性偏振的种子光束从所述锁模谐振器中沿着种子光束路径引导出来；b)引导所述种子光束通过法拉第旋转器从而将所述种子光束的偏振相对于预选偏振旋转45°；c)将所述聚焦光束引导入AOM从而入射到所述AOM上的预选位置，从而通过预选的光束分离将所述光束分离成零阶光束和一阶第一传光束；d)将所述一阶第一传光束反射回所述AOM；e)将所述反射的一阶第一传光束聚焦到选定的光斑尺寸；f)引导所述聚焦的反射的一阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹雨松，安吉尔伯佐，瑟吉拉扎伦昆，
申请(专利权)人：美国光子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US