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脉冲选择器原理简述

发布时间:2020-09-07 08:29:30 浏览量:48


脉冲选择器也称Q开关,属于电光调制器一类;常用于光脉冲能量放大、cavity-dumped laser、再生放大、材料加热、五维信息存

储、时域热反射测量、调频、光通信等领域;


脉冲选择器如以下几部分组成脉冲激光器、分光棱镜、格兰棱镜、电光调制器(普克尔盒)、调制器驱动等;


 

如上图所示,脉冲激光经过棱镜分为两束,经过格兰棱镜后,以一定的偏振态入射EOM后,由于电致晶体产生电光效应,使出射光发

偏转,以合适偏振态透过棱镜;另外一束光在探测器上产生电信号,电信经过调制器驱动处理、放大后,给EOM提供驱动提供参考

信号,驱动根据参考信号输出高压脉冲信号,在调制器上产生电光效应;


给晶体施加电压,电场导致晶体中分子发生取向,呈现各向异性,产生双折射,使寻常光与非寻常光折射率呈现差异,最终表现光束偏

转。折射率变化与电压呈线性关系的称为普克尔效应;而常用的非线性晶体KTP被用来做普克尔盒;


目前,普克尔盒常用晶体的半波电压基本在1000V~1800V之间,但是比较通用的驱动芯片MOSFET耐压值大多小于1000V,而

MOSFET由于自身工艺导致开关频率又做不快,通常在几百KHz,而cmos晶体管的工作频率可以达到几十MHz,但是常见管子的耐

压值又比较低,只有700V左右;


一款优秀的脉冲选择系统对于晶体来说,需要考虑半波电压、工作频率、透过率等,但是目前最大局限还是半波电压稍高,给驱动设计

带来很高的要求;对于另一个核心部件,驱动需要接受外部几十MHz的驱动信号,同时需要输出几千伏的驱动信号,问题是最大能输

出多大频率。


在脉冲选择实验中,我们实测驱动输出最大电压可以达到2Kv,并且在1.7Kv可以达到3MHz的电信号;本次实验中使用KTP晶体的普克

尔盒,半波电压1400V@1064nm,1064nm的飞秒激光器重频80Mhz,脉冲序列如下所示


 

脉冲激光序列

外部调制信号重频100KHz时,脉宽分别为300ns、30ns、15ns,可以正确选出脉冲,如下图所示


 

调制信号频率100KHz如下所示

 

在测试其他频率时,最大测试调制频率可达4MHz,皆可以正常选出脉冲;