保持低重复频率短脉冲光信号偏振方向和能量稳定的装置制造方法及图纸

一种保持低重复频率短脉冲光信号偏振方向和能量稳定的装置，包括连续光纤激光器、光脉冲发生器、偏振控制单元、检偏器、光纤分束器、反馈单元、数字控制器和信号同步器，所述的偏振控制单元由偏振控制模块及其驱动电路构成，驱动电路为偏振控制模块提供驱动电压，所述的反馈单元依次由光电探测器、积分电路、高速电放大器和高速采集卡构成。本发明专利技术装置能保持低重复频率短脉冲光信号偏振方向和输出能量的稳定。本发明专利技术具有结构简单、控制精确、易于系统集成等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光脉冲信号的偏振态和输出能量，特别是一种保持低重复频率短脉冲 光信号偏振方向和能量稳定的装置，利用电流积分将电信号脉宽展宽的方法实现对低重复 频率短脉冲光信号能量的采集，并结合反馈控制技术进而使低重复频率短脉冲光信号偏振 方向和输出能量保持稳定。
技术介绍
在低重复频率短脉冲高功率光纤激光系统中，由于物理实验的需要，要求系统最 终输出的光脉冲信号的偏振方向保持稳定并且输出能量保持在最大值。通过在所述的高功 率光纤系统的输出端使用检偏器可以使系统最终输出的光脉冲信号的偏振方向保持在检 偏器的检偏方向上。然而，由于所述的高功率光纤系统中采用了大量的单模光纤，光纤具有 双折射特性，系统长时间工作后，环境温度和应力的变化会改变光纤中光信号的偏振态，使 得输入到检偏器之前的光脉冲信号的偏振态发生变化。根据马吕定律，入射到检偏器之前 的光信号的偏振方向不同，那么，由检偏器输出的光信号的能量大小就不同。因此，输入到 检偏器之前的光脉冲信号的偏振态的变化会影响到所述高功率光纤系统输出光信号能量 的稳定性。因此，有必要实时补偿由环境温度和应力引起的光纤中光信号偏振态的慢漂移。根据马吕定律，当输入到检偏器的光信号是线偏振光并且偏振方向与检偏器的检 偏方向保持一致时，由检偏器输出的光信号的能量保持在最大值。因此，通过监测检偏器输 出的光脉冲能量的大小并利用反馈控制技术来控制检偏器之前的光信号的偏振态和偏振 方向，即可将系统最终输出光的能量保持在最大值，同时输出光的偏振方向与检偏器的检 偏方向保持一致。然而，由于低重复频率短脉冲高功率光纤激光系统中传输的光信号是低 重复频率的光脉冲信号，其特点是脉宽窄、重复频率低，能量采集较为困难，很难实时补偿 输入到检偏器之前的光脉冲信号偏振态的慢漂移，因此很难使检偏器输出的光脉冲能量保 持稳定。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种保持低重复频率短脉冲光信号偏振方向和能量 稳定的装置，实现对低重复频率光脉冲信号偏振方向和能量的控制，补偿由环境温度和应 力引起的光纤中的光信号偏振态的慢漂移，确保低重复频率短脉冲高功率光纤激光系统输 出的光脉冲信号的偏振方向和输出能量的稳定。本专利技术的技术解决方案如下一种保持低重复频率短脉冲光信号偏振方向和能量稳定的装置，特点在于其构成 包括连续光纤激光器、光脉冲发生器、偏振控制单元、检偏器、光纤分束器、反馈单元、数字 控制器和信号同步器，所述的偏振控制单元由偏振控制模块及其驱动电路构成，驱动电路 为偏振控制模块提供驱动电压，所述的反馈单元依次由光电探测器、积分电路、高速电放大 器和高速采集卡构成，上述元部件的连接关系是沿主光路依次是连续光纤激光器、光脉冲发生器、偏振控制模块、检偏器和光纤分束器，所述的光纤分束器的第一输出端口作为主光 路连接至后续的激光装置，第二输出端口接监测回路，该监测端回路由光纤分束器第二输 出端口、反馈单元和数字控制器依次连接构成，所述的数字控制器与所述的驱动电路的输 入端口连接，信号同步器的第一信号输出端接所述的光脉冲发生器的触发端，信号同步器 的第二信号输出端接所述的反馈单元中的高速采集卡的触发输入端。所述的光脉冲发生器是强度调制器或声光斩波器，作用是在信号同步器的第一信 号输出端输出的触发脉冲信号输入到光脉冲发生器的触发端的时刻，产生并输出光脉冲信 号，在没有触发脉冲信号输入到所述的光脉冲发生器触发端的时刻，不输出光信号，光脉冲 信号的脉冲宽度由所述的触发脉冲信号的脉冲宽度决定，光脉冲信号的脉冲宽度的变化范 围在Ins至10 μ s内。所述的积分电路是电流积分电路，可以将光电探测器接收的光脉冲转换成电脉冲 信号的脉宽展宽。所述的高速采集卡是同步信号触发的高速采集卡。所述的控制器是一个高性能的微控制器，或由计算机和微控制器组合构成，或由 上位机和下位机组合构成的控制模块。 所述的偏振控制模块是电控偏振控制模块，不同的驱动电压使偏振控制模块工作 在不同的状态，使从偏振控制模块输出的光信号的偏振态和偏振方向维持不变。本专利技术的工作原理是根据马吕定律，当入射到起偏器上的光信号是线偏振光，并且光信号的偏振方向 与检偏器的检偏方向一致时，由检偏器输出的光信号的能量保持在最大值。因此，通过监测 检偏器输出的光脉冲能量的大小并利用反馈控制技术来控制检偏器之前的光信号的偏振 态和偏振方向，即可将系统最终输出光的能量保持在最大值，同时输出光的偏振方向与检 偏器的检偏方向保持一致。本专利技术一种保持低重复频率短脉冲光信号偏振方向和输出能量稳定的装置，连 续光纤激光器产生的连续激光信号输入到光脉冲发生器中，当信号同步器的第一信号输 出端输出的触发脉冲信号输入到光脉冲发生器的触发端时，光脉冲发生器输出一个光脉 冲信号，该光脉冲信号的脉冲宽度由所述的触发脉冲信号的脉宽决定，脉宽范围在Ins至 10 μ S。所述的光脉冲信号依次通过偏振控制模块、检偏器，然后被光纤分束器分为两路，一 路作为主光路与后续激光装置连接，另一路为监测光，进入监测回路。观察监测光脉冲能 量，根据所述监测光能量的大小来控制所述的偏振控制模块。所述的偏振控制模块是光纤 挤压型偏振控制器(Noe R. et al. Journal of Lightwave Technology, 1989, (7) :1033， 陈硕等，高技术通讯2004，14(8) 1)或电光晶体偏振控制器(F. Heismann, M. S. Whalen， Electron. Lett, vol. 16 (20) :778)，通过改变驱动电路的输出电压，来改变由偏振控制模块 输出的光脉冲的偏振态和偏振方向，使得输入到检偏器的光脉冲是线偏振光并且偏振方向 始终保持在检偏器的检偏方向上，这时，监测光脉冲能量保持在最大值附近，这样使得主光 路输出光脉冲的能量保持在最大值并且偏振方向与检偏器的检偏方向保持一致。所述的监 测光脉冲首先被光电探测器接收并转换为脉冲宽度与所述光脉冲的脉冲宽度相同的电脉 冲信号，该电脉冲能量与所述的光脉冲能量成正比。所述的电脉冲信号脉冲宽度在Ins至 10 μ s的范围内。很难对脉冲宽度这么短的低重复频率电脉冲信号的能量直接进行采集，4本专利技术利用积分电路实现了对所述电脉冲信号能量的采集。所述电脉冲信号输入到积分电 路中，积分电路将所述的电脉冲信号的脉宽展宽，展宽后的电脉冲信号的脉冲宽度在10μ s 的量级。由于展宽后的电脉冲的信号幅度有所下降，所以使用高速电放大器对展宽后的电 脉冲进行幅值放大，再将经放大展宽的电脉冲信号输入到高速采集卡。信号同步器的第二 输出端向高速采集卡的触发输入端输入一个与短脉冲光信号的重复频率相同的触发信号， 所述的触发信号比所述的经放大展宽的电脉冲信号提前进入高速采集卡。由于提供给高速 采集卡的触发信号和提供给光脉冲发生器的触发信号来自同一台信号同步器，而所述的经 放大展宽的电脉冲信号是由监测光脉冲经光电转换得到的，因此提供给高速采集卡的触发 信号与经放大展宽的电脉冲信号进入高速采集卡的时间差可以通过所述的信号同步器来 调节。高速采集卡接收到触发信号后，开始准备采集所述的经放大展宽的电脉冲信号。当所 述的经放大展宽的电脉冲信号进入高速采集卡后，高速采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保持低重复频率短脉冲光信号偏振方向和能量稳定的装置，特征在于其构成包括连续光纤激光器（１）、光脉冲发生器（２）、偏振控制单元（３）、检偏器（４）、光纤分束器（５）、反馈单元（６）、数字控制器（７）和信号同步器（８），所述的偏振控制单元（３）由偏振控制模块（３－１）及其驱动电路（３－２）构成，该驱动电路（３－２）为偏振控制模块（３－１）提供驱动电压，上述部件的连接关系是：沿主光路依次是所述的连续光纤激光器（１）、光脉冲发生器（２）、偏振控制模块（３－１）、检偏器（４）和光纤分束器（５），所述光纤分束器（５）将输入光分为两束：第一光束（５０１）为主光束，连接至后续激光装置，第二束光为监测光束（５０２），监控回路由监测光束（５０２）、反馈单元（６）和数字控制器（７）依次连接构成，所述的反馈单元（６）依次由光电探测器（６－１）、积分电路（６－２）、高速电放大器（６－３）和高速采集卡（６－４）构成，所述的数字控制器（７）的输出端与所述的驱动电路（３－２）的输入端（３－２０１）连接，所述的信号同步器（８）的第一信号输出端（８０１）接所述的光脉冲发生器（２）的触发端（２０１），所述的信号同步器（８）的第二信号输出端（８０２）接所述的反馈单元（６）中高速采集卡（６－４）的触发端（６－４０１）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，姜有恩，李学春，李国扬，潘雪，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]