一种用于相位调制激光脉冲的光谱检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种应用于相位调制激光脉冲的光谱检测装置及检测方法，属于激光设备技术领域，所述光谱检测装置包括沿着激光信号传输方向通过光纤连接的光纤分束器、第一光纤环形器和第二光纤环形器、第一光纤光栅和第二光纤光栅、第一光电转换单元和第二光电转换单元，还包括分压电路、高速比较器和信号产生器温度控制模块，和温度控制模块。本发明专利技术采用温度控制模块热调谐两只窄带光纤光栅的方法实现相位调制激光脉冲的间接光谱检测，有效地排除激光能量、脉冲宽度等因素对检测结果的干扰，实现了高准确性检测，同时热调谐光纤光栅的外界环境温度可实现不同光谱展宽状态的辨别，应用范围拓展，操作简单方便。

A spectrum detection device and detection method for phase modulated laser pulse

The invention relates to a spectral detection device and detection method applied to a phase modulated laser pulse, which belongs to the field of laser equipment. The spectrum detection device includes a fiber beam splitter, a first fiber ring device and a second fiber ring device, a first fiber Bragg grating, and a third fiber connection along the laser signal transmission direction. The two fiber Bragg grating, the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit also include the voltage divider, the high speed comparator and the temperature control module of the signal generator, and the temperature control module. The invention adopts the method of thermal tuning two narrow band fiber Bragg grating in the temperature control module to realize the indirect spectral detection of the phase modulated laser pulse, effectively exclude the interference of the laser energy and pulse width to the detection result, and realize the high accuracy detection. At the same time, the external environment temperature of the thermal tunable fiber Bragg grating can not be realized. The identification of the broadening state of the same spectrum is extended, and the operation is simple and convenient.

【技术实现步骤摘要】
一种用于相位调制激光脉冲的光谱检测装置及检测方法
本专利技术属于激光设备
，具体涉及一种用于相位调制激光脉冲的光谱检测装置及检测方法。
技术介绍
大型高功率激光装置通常采用波导相位调制技术实现小宽带光源的产生，以满足装置抑制大口径光学元件SBS效应和光谱色散匀滑的需求，如美国的NIF激光装置，法国的LMJ激光装置以及中国的神光系列激光装置。在装置运行过程中，如果单纵模激光脉冲经相位调制展宽到大于抑制SBS效应所需的带宽，激光在后续系统传输则是安全的，如果未发生展宽或者展宽量较小，则不能有效抑制SBS效应，对大口径光学元件可能会造成很大的损伤。因此，为了确保装置运行的安全性，需要在对激光脉冲信号进行光谱检测，用以判断确认单纵模激光脉冲是否经相位调制被展宽到系统规定的光谱带宽。根据PeterJ.W,MarkW.B,GaylenV.E,etal.NIFinjectionlasersystem.Proc.SPIE,5341:146–155,2004，美国NIF激光装置的研究人员采用基于单个窄带布拉格光纤光栅的光谱检测装置直接对相位调制激光脉冲的光谱信息进行检测、判断。类似的，根据JollyA,GleyzeJF,PenninckxD,etal.FiberlasersintegrationforLMJ[J].C.R.Phys,2006,7(2):,198-212，法国LMJ激光装置的研究人员也采用基于单个窄带布拉格光纤光栅的光谱检测装置实现对相位调制激光脉冲的光谱检测。这种基于单光纤光栅的直接光谱检测装置对激光脉冲的能量、脉冲宽度、光谱调制形状的适用性较差，检测过程与激光信号的能量相关，容易受到激光信号中ASE的影响。此外，由于窄带光纤光栅非常精密敏感，容易受到环境温度等因素的影响，在实际使用中，基于单光纤光栅的直接光谱检测装置容易出错，产生错误判断。根据PatrickK.R,DarrellJ.A,JensS,etal.InjectionofaPhaseModulatedSourceintotheZ-BeamletLaserforIncreasedEnergyExtraction.Sand2014-20011,美国ZBL装置的研究人员采用一种基于光学外差探测技术的光谱检测装置实现了对相位调制激光脉冲的光谱检测，这种装置的单元模块构成较多，结构复杂，成本较高，同时由于需要调节的参量较多，不利于大型激光装置的运行维护。
技术实现思路
针对现有技术的种种不足，本申请提供了一种用于相位调制激光脉冲的光谱检测装置及检测方法，通过采用两只窄带光纤光栅，并使用温度控制模块分别热调谐两只窄带光纤光栅的中心反射波长，使第一光纤光栅的中心反射波长处于激光信号的中心波长附近，使第二光纤光栅的中心反射波长处于激光信号的边带处，所述的两只光纤光栅反射选定不同光谱成分的激光信号。将所述激光信号进行光电转换处理后比较两路电信号的幅度大小，然后根据比较结果输出检测判断信号,实现信号光谱的检测。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于相位调制激光脉冲的光谱检测装置，沿着激光信号传输方向通过光纤连接有用以将激光信号源（1）发出的激光信号按比例分成两束的光纤分束器（2）；沿一分束激光信号所在支路方向依次连接有第一光纤环形器（3）、第一光电转换单元（9）、用于将第一光电转换单元获得的电信号进行等幅压缩的分压电路（11）、高速比较器（12），沿另一分束激光信号所在支路方向依次连接有第二光纤环形器（4）、第二光电转换单元（10）、高速比较器（12）；所述光谱检测装置还包括与第一光纤环形器（3）依次连接有反射特定光谱成分的相位调制激光脉冲的第一光纤光栅（5）、用于控制第一光纤光栅的外界环境温度的第一温度控制模块（7）；所述光谱检测装置还包括与第二光纤环形器（4）依次连接有反射特定光谱成分的相位调制激光脉冲的第二光纤光栅（6）、用于控制第一光纤光栅的外界环境温度的第二温度控制模块（8）；所述用以快速比较分压电路（11）和第二光电转换单元（10）产生的电信号大小的高速比较器（12），其输入端同时连接有分压电路（11）和第二光电转换单元（10），输出端连接用以产生判断信号的信号产生器（13）。进一步的，所述的光纤分束器（2）的分束比为50:50。进一步的，所述的第一光纤光栅（5）和第二光纤光栅（6）为窄带宽布拉格光纤光栅，其光谱带宽≤0.07nm；且所述第一光纤光栅（5）和第二光纤光栅（6）为温度可调谐型光纤光栅，其中心波长随外界环境温度的变化而单调变化，其中心波长反射率大于85%。进一步的，所述的第一光纤光栅（5）的中心反射波长经第一温度控制模块（7）热调谐后位于相位调制激光脉冲的中心波长处，所述的第二光纤光栅（6）的中心反射波长经第二温度控制模块（8）热调谐后位于相位调制激光脉冲的短波长边带处。进一步的，所述的光纤环形器（3）的端口C1与光纤分束器（2）连接，端口C2与第一光纤光栅（5）连接，端口C3与第一光电转换单元（9）连接；所述的光纤环形器（4）的端口C1与光纤分束器（2）连接，端口C2与第二光纤光栅（6）连接，端口C3与第二光电转换单元（8）连接。进一步的，所述的光电转换单元由PIN管探测器和峰值保持电路构成，其输入端通过光纤与光纤环形器端口3连接，输出端通过射频线与分压电路、高速比较器连接。进一步的，所述的第一温度控制模块（7）和第二温度控制模块（8）是基于TEC实现的，实现16℃-35℃的温度调谐范围，调节精度为0.1℃。另一方面，本专利技术提供了一种用于相位调制激光脉冲的光谱检测方法，包括如下步骤：S1：光纤分束器（2）将初始激光信号按比例分成两束，所述的两束激光信号分别经光纤注入到第一光纤环形器（3）和第二光纤环形器（4），激光信号分别经第一光纤环形器（3）和第二光纤环形器（4）传输至第一光纤光栅（5）和第二光纤光栅（6）；S2：使用第一温度控制模块（7）和第二温度控制模块（8）分别热调谐第一光纤光栅（5）和第二光纤光栅（6）的中心反射波长，使第一光纤光栅（5）的中心反射波长处于激光信号的中心波长附近，使第二光纤光栅（6）的中心反射波长处于激光信号的边带处，所述的第一光纤光栅（5）和第二光纤光栅（6）反射选定不同光谱成分的激光信号；S3：所述激光信号经第一光纤环形器（3）和第二光纤环形器（4）分别输出后注入到第一光电转换单元（9）和第二光电转换单元（10），进行光电转换，产生电信号，其中第一光电转换单元（9）输出的第一路电信号经分压电路（11）进行等幅压缩，第二光电转换单元（10）输出的第二路电信号不做压缩处理；S4：所述第一路电信号和第二路电信号注入到高速比较器（12），比较两路电信号的大小，然后经信号产生器（13）产生检测判断信号。进一步的，当第一路电信号大于第二路电信号时，可判断光谱未足够展宽；当第一路电信号足够小于第二路电信号时，可判断光谱展宽正常。进一步的，通过精密热调谐光纤光栅的外界环境温度实现不同光谱展宽状态的辨别。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的技术方案采用基于两只窄带光纤光栅实现光谱展宽状态的间接检测，可以有效地排除激光能量、脉冲宽度等因素对检测结果的干扰，实现了高准确性检测，同时这种方法适用于信噪比较低的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于相位调制激光脉冲的光谱检测装置，其特征在于：沿着激光信号传输方向通过光纤连接有用以将激光信号源（1）发出的激光信号按比例分成两束的光纤分束器（2）；沿一分束激光信号所在支路方向依次连接有第一光纤环形器（3）、第一光电转换单元（9）、用于将第一光电转换单元获得的电信号进行等幅压缩的分压电路（11）、高速比较器（12），沿另一分束激光信号所在支路方向依次连接有第二光纤环形器（4）、第二光电转换单元（10）、高速比较器（12）；所述光谱检测装置还包括与第一光纤环形器（3）依次连接有反射特定光谱成分的相位调制激光脉冲的第一光纤光栅（5）、用于控制第一光纤光栅的外界环境温度的第一温度控制模块（7）；所述光谱检测装置还包括与第二光纤环形器（4）依次连接有反射特定光谱成分的相位调制激光脉冲的第二光纤光栅（6）、用于控制第一光纤光栅的外界环境温度的第二温度控制模块（8）；所述用以快速比较分压电路（11）和第二光电转换单元（10）产生的电信号大小的高速比较器（12），其输入端同时连接有分压电路（11）和第二光电转换单元（10），输出端连接用以产生判断信号的信号产生器（13）。

【技术特征摘要】
1.一种用于相位调制激光脉冲的光谱检测装置，其特征在于：沿着激光信号传输方向通过光纤连接有用以将激光信号源（1）发出的激光信号按比例分成两束的光纤分束器（2）；沿一分束激光信号所在支路方向依次连接有第一光纤环形器（3）、第一光电转换单元（9）、用于将第一光电转换单元获得的电信号进行等幅压缩的分压电路（11）、高速比较器（12），沿另一分束激光信号所在支路方向依次连接有第二光纤环形器（4）、第二光电转换单元（10）、高速比较器（12）；所述光谱检测装置还包括与第一光纤环形器（3）依次连接有反射特定光谱成分的相位调制激光脉冲的第一光纤光栅（5）、用于控制第一光纤光栅的外界环境温度的第一温度控制模块（7）；所述光谱检测装置还包括与第二光纤环形器（4）依次连接有反射特定光谱成分的相位调制激光脉冲的第二光纤光栅（6）、用于控制第一光纤光栅的外界环境温度的第二温度控制模块（8）；所述用以快速比较分压电路（11）和第二光电转换单元（10）产生的电信号大小的高速比较器（12），其输入端同时连接有分压电路（11）和第二光电转换单元（10），输出端连接用以产生判断信号的信号产生器（13）。2.根据权利要求1所述的一种用于相位调制激光脉冲的光谱检测装置，其特征在于：所述的光纤分束器（2）的分束比为50:50。3.根据权利要求1所述的一种用于相位调制激光脉冲的光谱检测装置，其特征在于：所述的第一光纤光栅（5）和第二光纤光栅（6）为窄带宽布拉格光纤光栅，其光谱带宽≤0.07nm；且所述第一光纤光栅（5）和第二光纤光栅（6）为温度可调谐型光纤光栅，其中心波长随外界环境温度的变化而单调变化，其中心波长反射率大于85%。4.根据权利要求1所述的一种用于相位调制激光脉冲的光谱检测装置，其特征在于：所述的第一光纤光栅（5）的中心反射波长经第一温度控制模块（7）热调谐后位于相位调制激光脉冲的中心波长处，所述的第二光纤光栅（6）的中心反射波长经第二温度控制模块（8）热调谐后位于相位调制激光脉冲的短波长边带处。5.根据权利要求1所述的一种用于相位调制激光脉冲的光谱检测装置，其特征在于：所述的光纤环形器（3）的端口C1与光纤分束器（2）连接，端口C2与第一光纤光栅（5）连接，端口C3与第一光电转换单元（9）连接；...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗兆玉，许党朋，田小程，胡东霞，周丹丹，范孟秋，朱娜，张锐，李宏勋，谢亮华，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51