阅读说明：本技术 一种基于普克尔盒的无相位调制脉冲拾取方法及装置 (Pockels cell-based phase modulation-free pulse pickup method and device ) 是由 程文雍 宋琛 李大振 杨厚文 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于普克尔盒的无相位调制脉冲拾取方法及装置,该装置包括：沿光路依次设置的高重复频率的激光器、半波片、起偏器、普克尔盒和检偏器。所述方法包括：高重复频率的激光脉冲序列经过半波片后,注入到系统；通过起偏器对P偏振分量和S偏振分量的激光进行分离；P偏振分量的激光脉冲进入普克尔盒中,当普克尔盒不加高压时,P偏振分量的脉冲序列不经任何相位调制通过普克尔盒和检偏器输出；当普克尔盒加高压时,激光偏振态旋转90度,然后经检偏器反射到旁路；调节普克尔盒的加压时间,能够获得线偏振、高信噪比、高稳定性、无相位调制的单脉冲到高重频脉冲序列。(The invention relates to a phase modulation-free pulse pickup method and a phase modulation-free pulse pickup device based on a Pockels cell, wherein the phase modulation-free pulse pickup device comprises: the device comprises a laser with high repetition frequency, a half-wave plate, a polarizer, a Pockels cell and an analyzer which are sequentially arranged along a light path. The method comprises the following steps: after passing through a half-wave plate, a laser pulse sequence with high repetition frequency is injected into the system; separating the laser of the P polarization component and the laser of the S polarization component through a polarizer; laser pulses of the P polarization component enter the Pockels cell, and when the Pockels cell is not added with high voltage, a pulse sequence of the P polarization component is output through the Pockels cell and the analyzer without any phase modulation; when the pockels cell is applied with high voltage, the polarization state of the laser rotates by 90 degrees, and then the laser is reflected to a bypass through an analyzer; by adjusting the pressurizing time of the Pockels cell, a single pulse to high repetition frequency pulse sequence with linear polarization, high signal-to-noise ratio, high stability and no phase modulation can be obtained.)

一种基于普克尔盒的无相位调制脉冲拾取方法及装置

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种基于普克尔盒的无相位调制脉冲拾取方法及装置。

背景技术

高重复频率的激光器已经被广泛地应用在激光光纤通信、激光空间远距通讯、激光打标、激光切割等领域，但高重复频率所导致的低的单脉冲能量也是必然的结果。由于从激光振荡腔直接产生的单脉冲能量不能够满足激光加工的需求，因此需要通过一些光脉冲能量放大的方法实现，例如倒空腔技术、再生放大技术和行波放大技术等，首要的是降低高重频激光器的重复频率，进行单脉冲或脉冲串的拾取；在材料分析相关领域，高重复频率光脉冲所导致的热影响可能会对材料性质的测量造成干扰，因此应用低重复频率的光脉冲是十分必要的；在基于激光应用的信息储存相关领域，激光器的光脉冲数量、相位、偏振态等都对存储容量和存储稳定性起着至关重要的作用。

随着工业和科研应用对激光器脉冲数量、相位、偏振度要求的不断提高，市场对激光器脉冲拾取的要求也越来越高。

基于普克尔盒的电光调制器在工业和科研领域已有大量应用，大多数操作方案均采用了单通半波电压或者双通四分之一波电压来实现脉冲拾取，且选取的脉冲序列是在高压工作时截取的。其局限性在于基于高压工作下拾取的脉冲序列可能会产生额外的相位调制。所述额外的相位调制是指，以采用横向电光调制的晶体为例，如图1，通光方向的晶体长度为L，厚度为d，即加压电极的间距，外加电场为V＝E_zd，晶体出射相位延迟为， 其中，λ为入射光波长，n₀为未加电场时晶体中o光折射率，γ为电光系数，E_z为平行于z轴的电场强度。从电光相位调制的理论可知，高压工作时，如果晶体中电场分布均匀则光束波面上各点的相位必定相等，由于电极间距选取等因素会一定程度上影响晶体截面电场的均匀性，实际的电场分布是不均匀的，这将会导致光束穿过电光晶体后，波面出现相位畸变，各点的相位延迟并不相等，影响相位调制的精确性。另一方面，理想情况下，由普克尔盒驱动器发出的高压信号应为方波信号，而实际的高压信号则具有上升沿和下降沿，且电信号存在振幅的不稳定性等问题，对同一加压时间内拾取的脉冲序列的相位调制也是不同的，进而产生额外的相位调制。这种额外的相位调制会对脉冲拾取应用产生不利的影响，所述不利影响包括，基于该脉冲拾取技术的能量放大系统不稳定性增大，利用脉冲相位信息的激光存储等应用准确性降低等。

基于声光调制器的脉冲选择也是现有脉冲拾取技术中的一种常用方法，例如：CN107210572A；它是通过在声光调制器上施加短的射频脉冲信号，将不同衍射级的光束进行空间上的分离。其局限性在于基于声光调制器的脉冲选择方法，需要额外的光学元件将光束聚焦到较小光斑，因此抗损伤阈值低，无法适用于高功率激光器的脉冲拾取方案。

因此，开发结构简单，适用于高重复频率激光器的脉冲拾取技术，避免高压电场不均匀性和输出信号的波动对相位的额外调制，具有重要意义。为此，提出本发明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于普克尔盒的无相位调制脉冲拾取方法及装置。本发明基于普克尔盒的脉冲拾取能够很好地适用于高重复频率激光器的脉冲拾取，并且具有结构简单的特点。本发明利用两次加压间隙输出脉冲序列，避免了高压电场不均匀性和普克尔盒驱动器输出信号的波动对相位的额外调制。

本发明的技术方案如下：

一种基于普克尔盒的无相位调制脉冲拾取装置，包括：沿光路依次设置的高重复频率的激光器、半波片、起偏器、普克尔盒和检偏器。

根据本发明，优选的，所述半波片的快轴方向与激光器的入射激光偏振方向所成的角度为入射激光器线偏振方向和水平偏振方向夹角的一半，使起偏器透过率最高。

根据本发明，优选的，所述起偏器、检偏器为镀有对应入射激光波长膜层的偏振片，进一步优选的，起偏器和检偏器的入射激光入射角为对应入射激光波长布儒斯特角或45度。

根据本发明，优选的，所述普克尔盒采用β相偏硼酸钡(BBO)晶体、铌酸锂(LiNbO₃)晶体、磷酸钛氧铷(RTP)晶体等作为电光晶体。

根据本发明，优选的，所述的普克尔盒还包括驱动器。

根据本发明，基于普克尔盒的无相位调制脉冲拾取方法，包括使用上述装置，包括步骤如下：

高重复频率的激光器发出高重复频率的激光脉冲序列，经过半波片注入到系统中；通过起偏器对P偏振分量和S偏振分量的激光进行分离；当普克尔盒不加高压时，P偏振分量的脉冲序列不经任何相位调制通过普克尔盒和检偏器从主光路输出；当普克尔盒加高压时，激光偏振态旋转90度，然后经检偏器反射出主光路；根据实际需求调节普克尔盒驱动器触发信号的加压时间，从而实现对无相位调制的脉冲序列的拾取。

根据本发明，优选的，采用普克尔盒驱动器对普克尔盒施加高压。

根据本发明，优选的，所述高压为半波电压。

根据本发明，优选的，所述普克尔盒驱动器输出波形为方波。

根据本发明，优选的，普克尔盒驱动器触发信号由信号发生器或激光器输出同步分频板触发。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本发明提出的脉冲拾取方法是在两次加高压间隙透过普克尔盒的激光脉冲序列，因此没有附加的相位调制，更适用于后续的应用。

2、本发明提出的脉冲拾取方法简单、可靠、易操作，并可以精确地拾取所需脉冲序列的重复频率与脉冲个数。

3、本发明基于普克尔盒的无相位调制脉冲拾取装置，结构简单，所用到的各器件均为市面上已有的常用器件，易于获得。

附图说明

图1为z向电场作用下的电光晶体示意图。

图2为本发明实施例1中基于普克尔盒的无相位调制脉冲拾取装置的结构示意图。

图3为实施例3中重复频率10kHz，加压时间50μs，输出的无相位调制的脉冲序列图；

图4为实施例3中重复频率10kHz，加压时间98.4μs，输出的无相位调制的脉冲序列图；

图5为实施例3中重复频率10kHz，加压时间99.84μs，输出的无相位调制的脉冲序列图。

其中：1—高重复频率的激光器，2—半波片，3—起偏器，4—普克尔盒，5—检偏器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更容易被清楚理解，以下结合附图以及实施例对本发明的技术方案作以详细描述。

实施例1

如图2所示，一种基于普克尔盒的无相位调制脉冲拾取装置，包括：沿光路依次设置的高重复频率的激光器1、半波片2、起偏器3、普克尔盒4和检偏器5，所述的普克尔盒4还包括驱动器，普克尔盒驱动器输出波形为方波；

所述的高重复频率的激光器1的中心波长为1064nm，输出功率是200W，重复频率是6.25MHz，脉宽是3ns。

所述半波片2的快轴方向与激光器1的入射激光偏振方向所成的角度为入射激光器1线偏振方向和水平偏振方向夹角的一半，使起偏器3透过率最高。

所述起偏器3、检偏器5为镀有对应入射激光波长膜层的偏振片；

起偏器3使得P偏振分量的激光脉冲序列透过并将S偏振分量的激光脉冲序列反射，起偏器3的入射角为45度,检偏器5的入射激光入射角为45度。

所述普克尔盒4采用β相偏硼酸钡(BBO)晶体。

实施例2

如实施例1所述，不同的是：

起偏器3、检偏器5的入射激光入射角为对应入射激光波长布儒斯特角。

所述普克尔盒4采用铌酸锂(LiNbO₃)晶体或磷酸钛氧铷(RTP)晶体。

实施例3

基于普克尔盒的无相位调制脉冲拾取方法，包括利用实施例1所述装置：

高重复频率的激光器1发出高重复频率的激光脉冲序列，经过半波片2注入到系统中；通过起偏器3对P偏振分量和S偏振分量的激光进行分离；

当普克尔盒4不加高压时，P偏振分量的脉冲序列不经任何相位调制通过普克尔盒4和检偏器5从主光路输出；

当普克尔盒4加高压时，激光偏振态旋转90度，然后经检偏器5反射出主光路；

本实施例中所述高压为半波电压，由普克尔盒驱动器施加高压3600V。

根据实际需求调节普克尔盒驱动器触发信号的加压时间，从而实现对无相位调制的脉冲序列的拾取。所述普克尔盒触发信号由信号发生器触发。

脉冲拾取步骤如下：

第一步，给普克尔盒4加高压3600V；

第二步，调节信号发生器，设置重复频率；

第三步，调节信号发生器，设置加压时间；

输出所需无相位调制的脉冲序列，如下图3-图5所示。

其中，图3为重复频率10kHz，加压时间50μs，输出的无相位调制的脉冲序列图；

图4为重复频率10kHz，加压时间98.4μs，输出的无相位调制的脉冲序列图；

图5为重复频率10kHz，加压时间99.84μs，输出的无相位调制的脉冲序列图。

本发明提供了针对基于普克尔盒的无相位调制脉冲拾取的有效方法。通过合理地控制触发信号加压时间，即可实现对高重复频率激光的脉冲拾取。

以上所述实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。