一種產(chǎn)生高重頻亞納秒脈寬的任意時(shí)域波形發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電子領(lǐng)域，具體涉及一種產(chǎn)生高重頻亞納秒脈寬的任意時(shí)域波形發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]在可控核聚變試驗(yàn)中，任意脈沖形狀的激光束變得越來越重要。產(chǎn)生這種精密的任意形狀激光束，需要有一個(gè)相應(yīng)的形狀任意可調(diào)的電脈沖。并且，在工業(yè)加工中，為了使得材料加工更加平滑，需要對激光的時(shí)域波形進(jìn)行很好的控制。這就需要用到任意波形發(fā)生裝置。一般電域中的任意波形發(fā)生裝置的輸出最小脈寬都在納秒級別以上，現(xiàn)在市面上唯一能夠生成帶寬大于1GHz信號的商用寬帶信號發(fā)生的任意波形發(fā)生裝置只有I款，即Tektronix的AWG70000任意波形發(fā)生器，其價(jià)格昂貴，而且采樣速率50GaS/s，不能滿足亞納秒脈寬波形的產(chǎn)生。電域中任意波形發(fā)生器不能達(dá)到亞納秒及以下的脈寬的主要原因在于無法突破電子速度瓶頸，而使用光域方法則可以很輕松的達(dá)到要求。
[0003]全光任意波形發(fā)生器(OpticalArbitrary Waveform Generat1n, O-AffG)中應(yīng)用最廣泛的脈沖整形原理主要包括電光晶體原理、雙折射原理和傅立葉變換原理這三大類。
[0004]利用電光晶體進(jìn)行脈沖整形的主要方式有兩種:第一種是對電光晶體進(jìn)行調(diào)制，通過外加電場在晶體中產(chǎn)生電光效應(yīng)，使導(dǎo)波光的傳播特性發(fā)生變化從而達(dá)到脈沖整形的目的；第二種是利用電光偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)特性，使得不同時(shí)刻的激光脈沖通過不同的空間位置，然后改變不同空間位置光通量的透過率，以達(dá)到激光脈沖整形的目的。但是該方法是針對特定輸入光脈沖(如均勻或高斯光脈沖)的切趾光闌進(jìn)行光脈沖空間整形，由于實(shí)際應(yīng)用中輸入的光脈沖并非是這樣的理想脈沖，此方法存在一定的局限性。
[0005]雙折射原理主要是因?yàn)閺?qiáng)脈沖能引起非線性雙折射，而且光脈沖通過光纖和檢偏器時(shí)，其透射率與脈沖強(qiáng)度有關(guān)，因而可用雙折射原理來修正輸出脈沖形狀。此方法雖然可以實(shí)現(xiàn)脈沖整形的目的，但非線性系統(tǒng)本身對輸入脈沖功率非常敏感，實(shí)際操作中的要求也很苛刻，無法用在低功率的系統(tǒng)中。
[0006]基于傅里葉變換進(jìn)行脈沖整形是一種目前普遍認(rèn)可的可近似產(chǎn)生任意形狀光脈沖(包括高速脈沖序列)的方法，但這種方法的不足之處在于，該方法在產(chǎn)生實(shí)時(shí)的高速脈沖序列時(shí)，必須進(jìn)行復(fù)雜的傅立葉變換計(jì)算。一般的，基于傅里葉變換理論的頻譜逐行整形發(fā)生系統(tǒng)所使用的光源為鎖模激光器，其重復(fù)頻率一般不可變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生高重頻亞納秒脈寬的任意時(shí)域波形發(fā)生器，可以產(chǎn)生高重頻亞納秒的脈沖，并且得到的輸出激光的時(shí)域波形可以任意制定，突破了電域中任意波形發(fā)生器的帶寬及采樣速率的限制。
[0008]本發(fā)明提出一種產(chǎn)生高重頻亞納秒脈寬的任意時(shí)域波形發(fā)生器，包括連續(xù)寬帶光源、可編程光譜調(diào)制器、馬赫增德爾強(qiáng)度調(diào)制器(Mach-Zehnder Modulator,MZM)、電位模式發(fā)生器、單模色散光纖、高速光電探頭以及低通濾波器；所述連續(xù)寬帶光源發(fā)射的連續(xù)寬譜光信號耦合進(jìn)所述可編程光譜調(diào)制器，所述可編程光譜調(diào)制器對所述連續(xù)寬譜光信號進(jìn)行濾波采樣，得到固定波長間隔且頻率上離散的光信號，并對所述固定波長間隔且頻率上離散的光信號根據(jù)預(yù)設(shè)波形進(jìn)行強(qiáng)度和相位調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)所述連續(xù)寬譜光信號的整形，所述強(qiáng)度和相位調(diào)制頻率與所述電位模式發(fā)生器的時(shí)序同步，所述馬赫增德爾強(qiáng)度調(diào)制器在所述電位模式發(fā)生器的控制下，通過高速開關(guān)對整形后的光信號進(jìn)行調(diào)制，得到高重頻光脈沖信號，所述單模色散光纖對所述高重頻光脈沖信號進(jìn)行色散，得到任意脈寬的高重頻脈沖光，所述高速光電探頭對所述任意脈寬的高重頻脈沖光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，輸出任意時(shí)域的高重頻窄脈寬電脈沖信號，所述低通濾波器對所述任意時(shí)域的高重頻窄脈寬電脈沖信號進(jìn)行低通濾波，以輸出高重頻亞納秒脈寬的任意時(shí)域波形。
[0009]可選的，所述可編程光譜調(diào)制器包括:空間衍射光柵、透鏡及液晶空間光調(diào)制器；所述空間衍射光柵對所述連續(xù)寬帶光源發(fā)射的連續(xù)寬譜光信號通過分光得到固定波長間隔的光信號；所述透鏡對分光后的所述固定波長間隔的光信號進(jìn)行折射，得到空間位置與波長一一對應(yīng)的光信號，以完成光信號的濾波采樣；所述液晶空間光調(diào)制器對所述空間位置與波長一一對應(yīng)的光信號根據(jù)預(yù)設(shè)波形進(jìn)行強(qiáng)度和相位調(diào)制，得到的離散光譜包絡(luò)波形即與最后輸出的電任意時(shí)域波形直接相關(guān)。
[0010]可選的，所述可編程光譜調(diào)制器為可編程波導(dǎo)陣列調(diào)制器。
[0011]可選的，所述電位模式發(fā)生器的脈寬小于其產(chǎn)生的電信號的脈沖周期的十分之
O
[0012]可選的，所述連續(xù)寬帶光源的帶寬為5nm以上。
[0013]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生高重頻亞納秒脈寬的任意時(shí)域波形發(fā)生器，可以產(chǎn)生亞納秒的脈沖，并且得到的輸出激光的時(shí)域波形可以任意制定，突破了電域中任意波形發(fā)生器的帶寬及采樣速率的限制。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明公開的一種產(chǎn)生高重頻亞納秒脈寬的任意時(shí)域波形發(fā)生器示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例對應(yīng)的光譜曲線轉(zhuǎn)換圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，對發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]圖1示出了本發(fā)明的一種產(chǎn)生高重頻亞納秒脈寬的任意時(shí)域波形發(fā)生器，包括依次設(shè)置的連續(xù)寬帶光源1、可編程光譜調(diào)制器2、馬赫增德爾強(qiáng)度調(diào)制器3、單模色散光纖5、高速光電探頭6和低通濾波器7，以及電位模式發(fā)生器4，所述電位模式發(fā)生器4與所述馬赫增德爾強(qiáng)度調(diào)制器3連接，用于對所述馬赫增德爾強(qiáng)度調(diào)制器3進(jìn)行控制。
[0018]本發(fā)明實(shí)施例中，所述連續(xù)寬帶光源I發(fā)射的連續(xù)寬譜光信號耦合進(jìn)所述可編程光譜調(diào)制器2，所述可編程光譜調(diào)制器2 —般可用波導(dǎo)陣列光柵，所述可編程光譜調(diào)制器2對所述連續(xù)寬譜光信號進(jìn)行濾波采樣，得到固定波長間隔且頻率上離散的光信號，并對所述固定波長間隔且頻率上離散的光信號根據(jù)預(yù)設(shè)波形進(jìn)行強(qiáng)度和相位調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)所述連續(xù)寬譜光信號的整形，所述強(qiáng)度和相位調(diào)制頻率與所述電位模式發(fā)生器4的時(shí)序同步，所述馬赫增德爾強(qiáng)度調(diào)制器3在所述電位模式發(fā)生器4的控制下，通過高速開關(guān)對整形后的光信號進(jìn)行調(diào)制，得到高重頻光脈沖信號，所述單模色散光纖5對所述高重頻光脈沖信號進(jìn)行色散，得到任意脈寬的高重頻脈沖光，所述高速光電探頭6對所述任意脈寬的高重頻脈沖光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，輸出任意時(shí)域的高重頻窄脈寬電脈沖信號，所述低通濾波器7對所述任意時(shí)域的高重頻窄脈寬電脈沖信號進(jìn)行低通濾波，以輸出高重頻亞納秒脈寬的任意時(shí)域波形。
[0019]其中，所述連續(xù)寬帶光源I為發(fā)射帶寬為5nm以上的連續(xù)寬譜光信號，然后經(jīng)過耦合進(jìn)所述可編程光譜調(diào)制器2。
[0020]可編程光譜調(diào)制器2可由空間衍射光柵、透鏡和液晶空間光調(diào)制器構(gòu)成，或者，也可以采用可編程波導(dǎo)陣列調(diào)制器構(gòu)成，其可對光信號進(jìn)行強(qiáng)度和相位調(diào)制，強(qiáng)度和相位調(diào)制的調(diào)制頻率即為輸出光脈沖的重復(fù)頻率，并且時(shí)序上和所述電位模式發(fā)生器4保持同步。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例中，所述可編程光譜調(diào)制器2包括空間衍射光柵、透鏡及液晶空間光調(diào)制器；所述空間衍射光柵對所述連續(xù)寬帶光源發(fā)射的連續(xù)寬譜