脈沖選擇器/Pulse Picker原理及其應(yīng)用
脈沖選擇器/Pulse Picker簡介
脈沖選擇器/Pulse Picker是一種電控光學(xué)開關(guān)鳞贷，用于從快速脈沖序列中提取單個(gè)/所需的多個(gè)脈沖坯汤。
在大多數(shù)情況下，短脈沖和超短脈沖是由鎖模激光器以脈沖序列的形式產(chǎn)生搀愧，其脈沖序列的重復(fù)率在10MHz到幾GHz之間惰聂。
由于各種原因疆偿，通常需要從這樣的脈沖序列中選取某種脈沖。例如搓幌，只發(fā)送我們想要的脈沖而將其他所有脈沖剔除掉杆故。這種需求便可以通過脈沖選擇器/Pulse Picker來完成，而脈沖選擇器/Pulse Picker本質(zhì)就是一個(gè)電控光閘溉愁。
脈沖選擇器/Pulse Picker的類型
在大多數(shù)情況下处铛，脈沖選擇器/Pulse Picker（電控關(guān)閘）可以是電光調(diào)制器也可以是聲光調(diào)制器，外加相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器拐揭。
EOM：對(duì)于電光設(shè)備撤蟆，脈沖選擇器/Pulse Picker由普克爾斯盒（EOM,Pockels）和一些偏振光學(xué)器件組成；普克爾斯盒控制光束偏振態(tài)堂污，偏振器件根據(jù)光束的偏振態(tài)決定此刻光束是通過還是阻擋家肯。
AOM：聲光脈沖選擇器/Pulse Picker的原理是向聲光調(diào)制器施加一個(gè)短的RF脈沖，以將所需的脈沖偏轉(zhuǎn)到指定的方向盟猖。使得偏轉(zhuǎn)的脈沖可以通過一個(gè)孔讨衣，而其他的則被阻擋掉。
在任何情況下扒披，調(diào)制器的所需速度都取決于脈沖序列中脈沖的距離（例如值依，取決于脈沖源的脈沖重復(fù)率），而并非脈沖持續(xù)的時(shí)間碟案。
EOM是一種快速愿险、通用的解決方案，但是EOM需要高壓驅(qū)動(dòng)价说，由于高壓切換速度的局限性辆亏，因此通常不能應(yīng)用于高重復(fù)率的需求。而這種情況鳖目，盡管AOM速度較慢扮叨，但是在MHz以上的重復(fù)率，表現(xiàn)出較好的性能领迈。
不過一些橫向電光調(diào)制器（美國Conoptics 25D）通過改變電壓在晶體上的施加方式彻磁，可以使得電光調(diào)制器用于25-30Mhz 的脈沖選擇。
脈沖選擇器/Pulse Picker的應(yīng)用
下面介紹脈沖選擇器/Pulse Picker的一些典型應(yīng)用：
光脈沖能量放大
為了在超短脈沖中獲得高能量得脈沖狸捅，經(jīng)常需要降低脈沖的重復(fù)率衷蜓。那么可以在種子激光器與放大器之間放一個(gè)脈沖選擇器/Pulse Picker。那么通過脈沖選擇器后的脈沖就是我們所需的脈沖尘喝。脈沖選擇前的脈沖與脈沖選擇后的脈沖能量相差并不大磁浇；并且選擇后的脈沖足以使后端的放大器正常工作，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)功率放大朽褪。
cavity-dumped laser
在cavity-dumped laser中置吓，脈沖選擇器/Pulse Picker（通常稱為cavity dumper）僅在第N次往返中從腔體中提取循環(huán)脈沖无虚。在所有其他往返光程中，脈沖的光損耗低衍锚，并且可以放大為高能量友题。
再生放大系統(tǒng)
再生放大系統(tǒng)中，受限于放大光路的響應(yīng)時(shí)間和能量需求构拳，對(duì)入射的脈沖個(gè)數(shù)有一定要求咆爽，所以需要對(duì)入射的激光脈沖個(gè)數(shù)按需要進(jìn)行控制/操作。
一般該應(yīng)用中置森，因?yàn)槿肷涔?放大過程中能量較高斗埂，對(duì)選擇器孔徑要求較大（＞5-10mm，甚至20-50mm或者更大）凫海，頻率一般再100Khz以下
材料加熱/光與物質(zhì)相互作用
一些材料分析實(shí)驗(yàn)中呛凶，需要研究單個(gè)fs脈沖光與物質(zhì)相互作用，此時(shí)需要從Mhz行贪，甚至幾十Mhz飛秒激光脈沖中漾稀，選出單脈沖光
五維信息存儲(chǔ)
由南安普頓等院校研究的為五維信息儲(chǔ)存技術(shù)，利用光的不同特性作用與物質(zhì)建瘫，可以高容量崭捍，持久保存寫入需要的信息，實(shí)現(xiàn)長久啰脚，大量存儲(chǔ)功能殷蛇。
該應(yīng)用需要的對(duì)入射光的脈沖個(gè)數(shù)，偏振進(jìn)行調(diào)制需求橄浓，可以由電光調(diào)制器很好完成（美國Conoptics）
TDTR 時(shí)域熱反射測量法 time-domain thermoreflectance
該應(yīng)用中粒梦，為了得到物質(zhì)熱學(xué)傳遞特定的高速描述，需要對(duì)入射的脈沖/連續(xù)光進(jìn)行8-10Mhz頻率調(diào)制荸实，并配套解調(diào)系統(tǒng)匀们，得到高時(shí)間分辨率的熱學(xué)傳遞特性
對(duì)于fs激光的波長可調(diào)特性，需要配套調(diào)制器/脈沖選擇器的A寬譜工作選項(xiàng)（25D+M350-160准给，400-800nm/ 700-1100 nm）
如何選擇脈沖選擇器/Pulse Picker
脈沖選擇器/Pulse Picker選取應(yīng)考慮的主要指標(biāo)如下：
開關(guān)時(shí)間（特別是對(duì)于高輸入脈沖重復(fù)率的光源）或上升/下降時(shí)間
對(duì)于基于AOM脈沖選擇器/Pulse Picker泄朴，上升/下降時(shí)間與聲光調(diào)制器的孔徑有關(guān)。我們定義上升/下降時(shí)間指的是傳遞時(shí)間曲線10%-90%經(jīng)歷部分露氮。如果要得到快速的上升/下降的時(shí)間叼旋，光束直徑在AOM內(nèi)被聚焦到10um以下。
開關(guān)的最大重復(fù)率
對(duì)于AOM來說沦辙，這個(gè)參數(shù)和上升下降時(shí)間直接相關(guān)，然而AOM內(nèi)部的平均射頻功率也是另一個(gè)限制讹剔，高重復(fù)率將引起AOM過熱而不得不使用水冷系統(tǒng)油讯。
光脈沖的能量損耗
能量損耗主要由AOM器件的衍射效率以及光纖和光纖耦合造成的損耗详民，對(duì)于大多數(shù)AOM脈沖選擇器/Pulse Picker來說，損耗將達(dá)到75%-90%陌兑。
精確選擇脈沖的能力
它與AOM及配套射頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的消光比有關(guān)沈跨，大多數(shù)情況下，動(dòng)態(tài)消光比作為最主要的因素兔综，例如AOM的下降時(shí)間不夠快饿凛，下一個(gè)(或上一個(gè))脈沖的一部分也通過選取的范圍。
脈沖選擇器/Pulse Picker波長適用范圍（特別是對(duì)于可調(diào)諧飛秒激光器）
輸出一階角與波長成正比软驰。如果入射光束的線寬由于超短脈沖而變寬涧窒，則會(huì)導(dǎo)致輸出一階角的展寬。另一方面锭亏，AOM本身的透過率曲線及鍍膜曲線也會(huì)影響波長適用范圍纠吴。
色散(特別是對(duì)于脈寬<<100fs的寬帶脈沖)
介質(zhì)性質(zhì)決定了在不同波長下光速是不同的，輸入的光譜越寬慧瘤，脈沖的色散效應(yīng)越高戴已。這種效應(yīng)在高折射率晶體中更為敏感，比如Teo2比熔石英更為明顯锅减。
有效通光孔徑的大小
為了獲得最好的效果糖儡，激光束需要和有效孔徑匹配，有效孔徑與脈沖上升下降時(shí)間有關(guān)怔匣，這與聲光效應(yīng)的原理有光握联。
外部尺寸/散熱
由于脈沖選擇器/Pulse Picker的占空比通常很低（<< 1％ON），因此AOM內(nèi)部的平均RF功率很低，因此我們可以擁有基于TeO2或基于熔融硅的高效率的風(fēng)冷脈沖選擇器/Pulse Picker勃救；然而媳拴，由于SiO2材料的細(xì)度低，所需的RF峰值功率將比TeO2高得多呐矾。
一般材料的損傷閾值
選擇TeO2脈沖選擇器/Pulse Picker是因?yàn)樗哂休^低的驅(qū)動(dòng)射頻功率，而選擇SiO2脈沖選擇器/Pulse Picker是因?yàn)槠涓叩膿p傷閾值懦砂。
TeO2 (Typ 100W/mm2, <30 MW/cm2 with ns pulses @1μm)
SiO2 (Typ > 1GW/cm2 with ns pulses @1μm)
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