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简述脉冲选择器的原理及重要性

时间:2020-10-13 来源:本站 访问量:1013

脉冲选择器是一种电控光学开关,用于从快速脉冲序列中提取单个所需的多个脉冲。

大多数情况下,超短脉冲是由锁模激光器产生的,以脉冲列的形式,脉冲重复速率在10MHz-10GHz量级。由于各种原因,通常需要从单个脉冲列中提取特定的脉冲,例如只允许特定脉冲通过而阻止其它的脉冲。这可以采用一个脉冲选择器来实现,它是一个电子学控制的光学开关。

脉冲选择器的原理

如下图,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,使出射光发生偏转,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,电信号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;

脉冲选择器

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。

脉冲选择器的重要性质

根据不同的应用要求,需要用到脉冲选择器一些不同的特性:

  • 开关时间(尤其是入射脉冲重复速率高时)

  • 开关的峰值重复速率

  • 透射脉冲的能量损耗

  • 抑制不需要脉冲的程度

  • 光学带宽(尤其是宽带脉冲)

  • 色散(尤其是宽带脉冲,例如,长度小于100fs)

  • 光学非线性(尤其是脉冲峰值功率很高)

  • 开放孔径的尺寸

  • 外尺寸

  • 对准灵敏度(接受角)

  • 电子学驱动器的能力

脉冲选择器的类型

大多数情况下,脉冲选择器是电光调制器或者声光调制器,与适合的电子学驱动器相结合。如果是电光调制器件,脉冲选择器包括普克尔斯盒和一些偏振光学器件,例如薄膜偏振片;普克尔斯盒调控偏振态,偏振片则根据脉冲的偏振态可使其通过或阻止。

声光脉冲选择器的原理是施加短的射频脉冲到声光调制器上,将不需要的脉冲反射到别的方向上。反射的脉冲然后通过孔径,而其它的脉冲则被阻止。

另一种情况下,调制器的速度都是由脉冲列中脉冲的时间间隔决定的(即,由脉冲源的脉冲重复速率决定),而不是由脉冲长度决定。

脉冲选择器的电子学驱动器需要满足附加的条件。例如,它可以采用光电二极管中产生的信号,感知原始的脉冲列,从而将开关与入射脉冲合成。触发信号可在任意时间输入,电子学装置会在适当的时间作用在开关上使其后面的入射脉冲透过。


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