簡述脈沖選擇器的原理及重要性
脈沖選擇器是一種電控光學開關,用于從快速脈沖序列中提取單個所需的多個脈沖。
大多數情況下,超短脈沖是由鎖模激光器產生的,以脈沖列的形式,脈沖重復速率在10MHz-10GHz量級。由于各種原因,通常需要從單個脈沖列中提取特定的脈沖,例如只允許特定脈沖通過而阻止其它的脈沖。這可以采用一個脈沖選擇器來實現,它是一個電子學控制的光學開關。
脈沖選擇器的原理
如下圖,脈沖激光經過棱鏡分為兩束,經過格蘭棱鏡后,以一定的偏振態入射EOM后,由于電致晶體產生電光效應,使出射光發生偏轉,以合適偏振態透過棱鏡;另外一束光在探測器上產生電信號,電信號經過調制器驅動處理、放大后,給EOM提供驅動提供參考信號,驅動根據參考信號輸出高壓脈沖信號,在調制器上產生電光效應;
給晶體施加電壓,電場導致晶體中分子發生取向,呈現各向異性,產生雙折射,使尋常光與非尋常光折射率呈現差異,最終表現光束偏轉。折射率變化與電壓呈線性關系的稱為普克爾效應;而常用的非線性晶體KTP被用來做普克爾盒;
目前,普克爾盒常用晶體的半波電壓基本在1000V~1800V之間,但是比較通用的驅動芯片MOSFET耐壓值大多小于1000V,而MOSFET由于自身工藝導致開關頻率又做不快,通常在幾百KHz,而cmos晶體管的工作頻率可以達到幾十MHz,但是常見管子的耐壓值又比較低,只有700V左右;
一款優秀的脈沖選擇系統對于晶體來說,需要考慮半波電壓、工作頻率、透過率等,但是目前最大局限還是半波電壓稍高,給驅動設計帶來很高的要求。
脈沖選擇器的重要性質
根據不同的應用要求,需要用到脈沖選擇器一些不同的特性:
開關時間(尤其是入射脈沖重復速率高時)
開關的峰值重復速率
透射脈沖的能量損耗
抑制不需要脈沖的程度
光學帶寬(尤其是寬帶脈沖)
色散(尤其是寬帶脈沖,例如,長度小于100fs)
光學非線性(尤其是脈沖峰值功率很高)
開放孔徑的尺寸
外尺寸
對準靈敏度(接受角)
電子學驅動器的能力
脈沖選擇器的類型
大多數情況下,脈沖選擇器是電光調制器或者聲光調制器,與適合的電子學驅動器相結合。如果是電光調制器件,脈沖選擇器包括普克爾斯盒和一些偏振光學器件,例如薄膜偏振片;普克爾斯盒調控偏振態,偏振片則根據脈沖的偏振態可使其通過或阻止。
聲光脈沖選擇器的原理是施加短的射頻脈沖到聲光調制器上,將不需要的脈沖反射到別的方向上。反射的脈沖然后通過孔徑,而其它的脈沖則被阻止。
另一種情況下,調制器的速度都是由脈沖列中脈沖的時間間隔決定的(即,由脈沖源的脈沖重復速率決定),而不是由脈沖長度決定。
脈沖選擇器的電子學驅動器需要滿足附加的條件。例如,它可以采用光電二極管中產生的信號,感知原始的脈沖列,從而將開關與入射脈沖合成。觸發信號可在任意時間輸入,電子學裝置會在適當的時間作用在開關上使其后面的入射脈沖透過。