OG-V. Селектор импульсов c регулируемой длительностью окна
В фемто- и пикосекундной лазерной технике наиболее распространены следующие применения селекторов c регулируемой длительностью окна пропускания:
- выделение пачек лазерных импульсов из цугов; - управление регенеративными усилителями — инжекция затравки в усилитель и выведение усиленного импульса из резонатора; - использование в качестве оптических затворов и модуляторов добротности резонатора; - выделение одиночных лазерных импульсов в условиях большого джиттера относительно электрического импульса запуска.
Селектор импульсов состоит из оптической части и электронного блока управления.
Оптическая часть селектора представляет собой два скрещенных поляризатора с размещенной между ними электрооптической ячейкой. Выделение лазерных импульсов происходит за счёт эффекта Поккельса —квази-прямоугольный высоковольтный электрический импульс создаёт в кристалле наведенное двулучепреломление, которое позволяет повернуть поляризацию лазерных импульсов и за счёт этого выделить их из общей последовательности с помощью поляризатора.
Электронный блок управления и питания построен на схемах программируемой логики и содержит модули синхронизации и формирования импульсов запуска, делители частоты, каналы задержек и драйверы высоковольтных генераторов. Блок предоставляет широкие возможности для интеграции селектора в состав лазерных установок:
- работа по внешнему или внутреннему запуску; - синхронизация по оптическому или электрическому сигналу; - две независимые группы каналов задержек, каждая со своими сигналами запуска и синхронизации; - свободные каналы могут использоваться как каналы задержек общего назначения для запуска других устройств (например, лазеров накачки, стрик-камер и т.д.); - режимы дополнительного управления по фронту/уровню внешнего сигнала или с помощью внутреннего генератора пачек, позволяющие формировать заданные последовательности выходных импульсов; - возможно подключение до четырёх ячеек Поккельса к одному блоку управления.
Дополнительные опции, которые мы предлагаем для специфических случаев:
- многоканальные ячейки Поккельса, т.е. ячейки, в которых к одному кристаллу подключается до четырёх высоковольтных генераторов, что позволяется выделять несколько лазерных импульсов из цуга, либо использовать одну ячейку Поккельса в регенеративном усилителе и для инжекции, и для разгрузки резонатора; возможность комбинирования высоковольтных генераторов с фиксированной и регулируемой длительностью при подключении к одной ячейке.
- селекторы импульсов с двумя последовательными ячейками Поккельса для подавления деполяризации при больших средних мощностях и увеличения общего контраста селектора вплоть до 50 дБ;
- возможность заранее предусмотреть в блоке управления выходы для дополнительных ячеек Поккельса (в сумме до четырёх высоковольтных генераторов на один блок управления), докупаемых отдельно от основного блока;
- возможность использования в качестве поляризаторов поляризационных призм Рошона или диэлектрических поляризаторов, в частности для увеличения пропускания схемы;
- исполнение оптической части в виде единого модуля на одной оптической плите с регулируемыми ножками.
Что такое «четвертьволновая схема» и когда она используется?
Технические возможности даже современных высоковольтных генераторов, как и любых других устройств, ограничены —в ряде случаев, максимально достижимая амплитуда генерируемого электрического импульса оказывается недостаточной, чтобы обеспечить поворот поляризации на 90° за один проход лазерного излучения через электрооптический кристалл, как это происходит в обычной полуволновой схеме. Четвертьволновая схема — это один из способов реализовать выделение импульсов с высоковольтным напряжением в два раза ниже полуволнового. В этом случае излучение проходит через электрооптический кристалл дважды — в прямом и обратном направлении.
Такая схема, однако, обладает заметным недостатком — «холостой» пучок невыделенных импульсов в этой схеме распространяется в обратном направлении навстречу лазерному источнику. Этот недостаток можно решить либо заклонением возвращающего зеркала, либо применением изолятора Фарадея.
Четвертьволновая схема находит естественное применение в случаях, когда ячейка Поккельса размещается в оптической схеме, где уже есть двойной проход пучка (например, в линейных резонаторах).
Чем отличаются друг от друга электрооптические кристаллы?
Кристалл Достоинства Недостатки DKDP - относительно низкая стоимость; - большие апертуры - высокое полуволновое напряжение; - сильная деполяризация на средних мощностях более нескольких Вт при λ>1 мкм; - ограниченные возможности с прямоугольными высоковольтными импульсами из-за пьезоэлектрического звона BBO - слабый пьезоэлектрический эффект; (возможность работы с прямоугольными высоковольтными импульсами); - возможность работать на частотах до 1 Мгц; - слабая деполяризация (можно работать на больших средних мощностях) - малые апертуры; - необходимость использовать четвертьволновую схему или двухкристалльную ячейку RTP/KTP - слабый пьезоэлектрический эффект; - низкое полуволновое напряжение; - возможность работать на частотах до 1 Мгц - необходимость двухкристалльной схемы; - поглощение при λ<600 нм; - невозможность работать с высокими пиковыми интенсивностями (>1 ГВт/см 2 )
Какие поляризаторы используются в селекторах импульса?
В стандартных моделях применяются призмы Глана-Тейлора. В нестандартных случаях или по запросу в качестве поляризаторов могут использоваться также призмы Рошона или диэлектрические поляризаторы.
Что ограничивает применение кристаллов DKDP в селекторах с прямоугольным окном пропускания?
Кристаллы DKDP обладают довольно сильными пьезо-и фотоупругим эффектами: высоковольтный импульс возбуждает в кристалле акустические колебания, которые приводят к существенной деполяризации проходящего света. В результате этого, после основной пачки лазерных импульсов, выделенных высоковольтным импульсом, в выходном лазерном сигнале имеются паразитные «всплески», возникающие из-за деполяризации за счёт возбуждённых акустических колебаний кристалла. Амплитуда этих деполяризованных всплесков растёт с увеличением амплитуды и длительности высоковольтного импульса.
Обычно это явление называют «пьезоэлектрическим звоном»:
Тем не менее, кристаллы DKDP находят применение в ряде случаев, где не требуется высокий контраст после высоковольтного импульса — например, для внутрирезонаторной модуляции добротности или прореживания лазерных импульсов, следующих на низкой частоте с большим джиттером).
В кристаллах BBO пьезоэлектрический звон выражен несоизмеримо слабее.
Что такое двухкристалльная ячейка на BBO?
Двухкристалльная ячейка является альтернативой четвертьволновой схеме с одним кристаллом. В данном случае также используется высоковольтный импульс четвертьволнового напряжения, но поворот поляризации на 90° происходит за однократный проход через два одинаковых кристалла, подключенных к общему высоковольтному генератору. Конструктивно оба кристалла располагаются в едином корпусе.
Что такое двухкристалльная схема на RTP/KTP?
Это схема из двух кристаллов, повёрнутых относительно друг друга на 90°, позволяющая добиться взаимной компенсации температурной зависимости естественного двулучепреломления. В случае кристаллов RTP/KTP использование такой схемы обязательно. В оптической схеме селектора с такой двухкристалльной ячейкой, выделяемые лазерные импульсы проходят через неё однократно как в обычной полуволновой схеме.
Нужна ли доработка блока управления, чтобы подключить к нему вторую/третью ячейку Поккельса?
В блоке управления на каждую ячейку Поккельса должен иметься свой драйвер, формирующий для неё стартовые импульсы и сигнал питания. Если вы планируете приобрести дополнительную ячейку Поккельса в перспективе, можете указать это при заказе, и мы установим в блоке управления дополнительный драйвер.
Сколько каналов задержки в блоке управления?
Всего в стандартном блоке управления 15 каналов, сгруппированных в две независимые группы (по 7 и 8 каналов). Для запуска ячейки Поккельса OG-B или OG-F «расходуется» один канал, ячейка OG-V управляется двумя каналами. Остальные каналы остаются «свободными» и могут использоваться пользователем. Для пользователя доступно четыре настраиваемых BNC-выхода на передней панели блока управления и четыре дополнительных выхода на задней панели.