[发明专利]激光脉冲拾取系统

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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，AOM RF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。