[发明专利]时域特性任意可调的脉冲激光源

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光源，尤其是一种输出波形、重复频率、脉宽等时域特性任意可调的脉冲激光源。这种激光源作为一种崭新的脉冲光源，可以广泛应用于激光加工、信息光电子、激光测量等领域。

背景技术

在激光加工、信息光电子、激光测量等激光技术应用领域，激光源是其中一项核心设备。在实际应用过程中，通常需要一种输出波形、重复频率、脉宽等时域特性任意可调的脉冲激光。传统的脉冲光源产生系统主要采用锁模、调Q、腔倒等技术。经过多年的发展，这些技术现都已经比较成熟，重复频率可调的脉冲激光源也已经取得了很大的进展。但是在本发明提出之前，还未见到关于一种输出波形、重复频率、脉宽等时域特性均可以任意调制的脉冲激光源的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种满足激光技术应用领域需求的脉冲激光源。激光波形、重复频率、脉宽等时域特性任意可调，调谐范围宽，对实验环境和仪器设备没有特殊要求，系统组成简单，性能可靠。

本发明的技术解决方案是：

利用相位调制和相干光干涉的方法获得输出波形、重复频率、脉宽任意可调的脉冲激光。其特点在于：利用分束器将连续波激光器的输出光束分成两路，对其中一路光束进行相位调制，另一路用作相位噪声控制，再利用合束器将两路激光进行合成；通过改变相位调制的波形获得脉冲激光。整个系统由连续波激光器1，分束器2，相位调制器3和6，信号发生器4，合束器5，噪声相位控制器7等组成。

所述的连续波激光器1种类不限，可以是气体激光器、固体激光器、化学激光器、半导体激光器、光纤激光器等任意种类的激光器；所述的分束器2类型不限，可以是任意一种起到激光光束分光效果的器件；所述相位调制器3和6类型不限，可以是声光晶体、电光晶体、压电陶瓷等任意种类起到激光光束相位调制效果的器件；所述信号发生器4类型不限，可以是计算机，也可以是集成电路芯片，也可以是模块化的商品等可以产生波形可调电压信号的器件；所述的合束器5类型不限，可以是任意一种起到激光光束合束效果的器件；噪声相位控制器7类型不限，可以是控制电路等任意可以产生控制电压信号的器件。

本发明产生时域特性任意可调的脉冲激光的实现过程如下：

连续波激光器1的输出光束被分束器2分成两路，两路光束分别经过相位调制器3和6进行相位调制和噪声相位补偿。信号发生器4向相位调制器3发送波形可调的电压信号，经过相位调制器3的一路光束的相位受到了调制。再利用合束器5将两路光束进行合成，由于两路光束来源于同一个连续波激光器1，满足干涉条件，两束光之间将产生干涉。但由于外界环境的影响，两束光之间可能存在时变的相位差，影响干涉效果。噪声相位控制器7通过实时检测相位差并利用相位调制器6反馈回激光系统，控制光束相位差为固定常数，使得两束光发生稳定的干涉。在严格相位控制条件下，干涉后的光束将以脉冲的形式输出，脉冲的波形由信号发生器4的电压信号波形决定，从而获得输出波形、重复频率、脉宽可以任意调制的脉冲激光。

上述思想已经为发明人所在实验室进行的实验证实，这种输出波形、重复频率、脉宽任意可调的脉冲激光方案完全可行。

采用本发明可以达到以下技术效果：

1、本发明提供了一种脉冲激光源，它利用相位调制和相干光干涉的方法获得可调谐脉冲激光，输出波形与信号发生器施加的电压信号波形完全一致，可以获得任意波形、重复频率、脉宽的脉冲激光输出。

2、本发明提供的可调谐脉冲激光源系统结构简单，操作方便，性能可靠，对实验环境和仪器设备没有特殊要求。

3、本发明提出的提供的脉冲激光源频带宽，相位调制器可以采用工作频率达10GHZ的LiNbO₃晶体等，可以实现极窄脉冲输出。

4、本发明提供的脉冲激光源适用范围广，适用于激光加工、信息光电子、激光测量等多项激光技术应用领域。

附图说明

图1为本发明的系统结构原理示意图

图2为本发明提供的脉冲激光源输出波形为正弦波的情形，上图为信号发生器施加的电压波形，下图为激光输出波形

图3为本发明提供的脉冲激光源输出波形为方波的情形，上图为信号发生器施加的电压波形，下图为激光输出波形

图4为本发明提供的脉冲激光源输出波形为锯齿波的情形，上图为信号发生器施加的电压波形，下图为激光输出波形

具体实施方式

如图1所示，整个脉冲激光源系统由连续波激光器1，分束器2，相位调制器3和6，信号发生器4，合束器5，噪声相位控制器6等组成。连续波激光器1的输出光束被分束器2分成两路，两路光束分别经过相位调制器3和7进行相位调制和噪声相位补偿。信号发生器4向相位调制器3发送波形可调的电压信号，经过相位调制器3的一路光束的相位受到了调制。再利用合束器5将两路光束进行合成，由于两路光束来源于同一个连续波激光器1，满足干涉条件，两束光之间将产生干涉。但由于外界环境的影响，两束光之间可能存在时变的相位差，影响干涉效果。噪声相位控制器6通过实时检测相位差并利用相位调制器7反馈回激光系统，控制光束相位差为固定常数，使得两束光发生稳定的干涉。在严格相位控制条件下，干涉后的光束将以脉冲的形式输出，脉冲的波形由信号发生器4的电压信号波形决定，从而获得输出波形、重复频率、脉宽可以任意调制的脉冲激光。