一種基于電光調制器的光脈沖整形裝置及整形方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于激光脈沖產生及整形技術領域，具體涉及一種基于電光調制器的光脈 沖整形裝置及其整形方法。
【背景技術】
[0002] 在激光加工、切割等生產過程以及相關的科研中，不同形狀的光脈沖可能表現出 不同的特性。為了獲得更好的效果，往往需要獲得具有一定形狀的激光脈沖。
[0003] 目前，光脈沖整形方法主要有三種，即基于半導體激光器的脈沖整形方法、基于脈 沖堆積的脈沖整形方法和基于電光調制器的脈沖整形方法。
[0004] 1、基于半導體激光器的脈沖整形方法利用任意形狀的整形電脈沖直接驅動半導 體激光器，產生與電脈沖形狀一致的激光脈沖。此方法所用裝置的結構簡單，控制方便，但 其激光束質量受半導體激光器影響，脈沖整形精度有限，最新的研究結果可以實現脈寬 10ns (納秒）、時域調節精度330ps (皮秒)任意形狀整形激光脈沖。
[0005] 2、基于脈沖堆積的脈沖整形方法是采用多個短脈沖在時域上首尾相連，組合成一 個長脈沖。此方法可以產生亞ps到ns脈沖，堆積結果依賴于堆積的脈沖基元及延時大小。其 產生的脈沖具有掃頻特性、上升沿陡峭、受環境和光程變化小等優點，但該方法涉及超短脈 沖的產生、放大、控制等技術，實現難度大。
[0006] 3、基于電光調制器的脈沖整形方法通過將整形電脈沖加載到電光調制器，對連續 光進行幅度調制，從而產生整形脈沖。此方法需要足夠快的調制信號源和電光調制器，一般 用于百ps以上到ns或更長時間的脈沖整形。主要受限于電光調制的響應速率。電光調制器 的脈沖整形技術比較成熟，整形能力強。其核心器件是電光調制器，所加的電調制信號使其 輸出光強度發生變化，即裝置輸出的光脈沖峰值改變，為了獲得高對比度的任意整形脈沖， 需要精確控制高消光比電光調制器工作于最小的直流偏置電壓點上。但是隨著器件內的靜 電荷積累以及溫度的變化，直流偏置電壓點會發生漂移，導致輸出光脈沖相位變化，消光比 下降。為了解決該問題，需要監測控制電光調制器的偏置電壓。目前，監測電光調制器直流 偏置電壓點的方法主要有:擾頻法和功率探測法。
[0007] 2011年電子科技大學楊志高的碩士論文"集成光學調制器工作點穩定性研究"中 介紹：擾頻法將一個低頻擾動信號施加在直流偏置信號中，以調制后的信號中的基波信號 和二次諧波信號幅度的比值作為反饋參量、控制穩定電光調制器的偏置電壓。該方法引入 擾動，因此要求應用系統對該擾動不敏感。
[0008] 《光通信技術》2011年第7期的文章介紹了功率探測法通過使用低響應速率的光電 探測器，監測基底累積能量，進而獲取偏置點的信息。該方法能有效判斷偏置點漂移信息， 但響應速度稍慢，靈敏度低，只能應用于產生低頻低占寬比的脈沖，輸出脈沖對比度不夠 尚。
[0009] 總之目前尚未見到在進行脈沖整形同時，快速有效地精確監控電光調制器直流偏 置電壓，使電光調制器能輸出高對比度任意整形光脈沖的裝置。

【發明內容】

[0010] 本發明的目的是針對現有的基于電光調制器的光脈沖整形技術的不足，提出一種 基于電光調制器的光脈沖整形裝置，信號光接入電光調制器，其輸出經分束器分為兩束，占 比大的光束作為本裝置的輸出，占比小的光束作為監測光送入光電探測器，反映輸出光光 強的電信號送入微處理器，微處理器據此經由數模轉換單元和射頻驅動器，控制光電調制 器。
[0011] 本發明的另一目的是提供一種基于電光調制器的光脈沖整形方法，其采用本發明 的基于電光調制器的脈沖整形裝置，借由監測光搜索獲得最佳偏置電壓值，在裝置運行時 自動跟蹤調整偏置電壓，實現了對信號光進行脈沖整形時光電調制器最佳偏置電壓的精確 控制，保證產生高對比度任意整形光脈沖。
[0012] 本發明設計的一種基于電光調制器的光脈沖整形裝置包括電光調制器和射頻驅 動器，還包括分束器、光電探測器、放大器、模數轉換單元和微處理器、數模轉換單元。
[0013] 信號光接入電光調制器，對信號光進行幅度調制，產生整形脈沖，電光調制器再連 接分束器，分束器將調制后的信號光分為2束，其中占比較大的光束為本裝置的輸出，另一 占比較小的光束作為監測光接入光電探測器，光電探測器的輸出經放大器和模數轉換單元 接入微處理器，微處理器由光電探測器獲取監測信號，微處理器的控制信號接射頻驅動器 和數模轉換單元，電調制信號接入射頻驅動器;射頻驅動器和數模轉換單元的輸出接入電 光調制器，射頻驅動器根據微處理器的控制信號對電調制信號放大后加載到電光調制器， 數模轉換單元將微處理器的偏置電壓信號轉換為模擬信號送入到電光調制器，使電光調制 器工作于適當的偏置電壓。
[0014] 所述輸入的信號光為線偏振連續激光。本裝置輸出信號光為脈沖寬度ns級、頻率1 ~1kHz的低頻窄脈沖光。
[0015] 所述電光調制器、分束器和光電探測器適用于信號光波長，經光纖連接。
[0016] 所述的分束器分出的占比較大的輸出光束占 90~99%，其余的作為監測光輸出到 光探測器。
[0017] 所述模數轉換單元的采樣周期大于光電調制器輸出的信號光的脈沖寬度，采樣頻 率大于光電調制器輸出的信號光的脈沖頻率5~15倍，從而本模數轉換器可在兩個脈沖間 連續采樣5~15次，所得的5~15個采樣值中最多只會包含光脈沖的一個最大值，將其剔除， 其余值即反映當前偏置電壓下的透過光強。
[0018] 所述電光調制器件為波導型鈮酸鋰電光強度調制器。
[0019] 所述電調制信號由波形發生器產生。
[0020] 所述的光電探測器為PIN型光電二極管。
[0021] 本發明一種基于電光調制器的光脈沖整形方法，采用本發明的基于電光調制器的 光脈沖整形裝置，包括以下步驟：
[0022] 步驟1、確認最佳偏置電壓
[0023]系統通電、啟動進行初始化，取將要進行脈沖整形的某波長信號光輸入電光調制 器，射頻驅動器正常工作。
[0024]在不同的偏置電壓下，透過電光調制器輸出的信號光強弱不同。選擇信號光透過 的強度最小時對應的偏置電壓為最佳偏置電壓。
[0025] 本發明微處理器通過光電探測器得到監測光強度變化，確定光電調制器輸出的信 號光強度。
[0026] 微處理器搜索掃描該波長信號光最佳偏置電壓點，遍歷光電調制器的各偏置電壓 點，即從最高偏置電壓遍歷到最低偏置電壓，微處理器的電壓控制指令經數模轉換單元轉 換后送入光電調制器，在各偏置電壓點監測光在光電探測器轉換為相應的電信號，并經模 數轉換單元采樣送入微處理器，即微處理器接收對應電光調制器輸出的監測光光強度對應 的電信號采樣值。
[0027] 光電探測器反映信號光脈沖的完整形狀，模數轉換單元的采樣周期大于輸出脈沖 寬度，也即是說模數轉換單元連續兩次采樣所得的數據最多只有一個包含輸出光脈沖信 息。電光調制器雖然具備高達30dB的高消光比，但仍有部分信號光的功率泄漏過來，在輸入 光為連續光且功率大于lyw的情況下，可在電光調制器輸出端檢測到泄漏的功率。本裝置輸 出脈沖寬度為ns級、頻率1~1 kHz的低頻窄脈沖，占空比很小，本發明在每個偏置電壓點進 行多次采樣，剔除多個采樣值中的最大值后計算平均值，以此平均值作為該偏置電壓點監 測光的光強度采樣值。采樣的次數為5~15次。
[0028]微處理器依次獲得各偏置電壓下的監測光光強度采樣值，比較各監測光光強度采 樣值，以監測光光強度采樣值最小的所對應的偏置電壓為最佳偏置電壓