基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統的製作方法

2023-07-31 13:44:11 1

基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統，可用於瞬態動力學過程的研究。本實用新型的基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統含有納秒脈衝雷射器、2×2光開關，可調延時器，寬帶相位調製器，增益補償放大器，預放大器，主放大器，脈衝壓縮器，超短雷射脈衝序列，脈衝電子束和X射線源脈衝序列。納秒脈衝雷射器產生的重頻整形窄帶納秒脈衝經2×2光開關進入由可調延時器、寬帶相位調製器和增益補償放大器構成的環形腔，在腔內循環數次後輸出為周期性線性啁啾脈衝序列，脈衝序列在預放大器和主放大器中放大後經脈衝壓縮器壓縮為超短雷射脈衝序列，並與同步的脈衝電子束相互作用產生X射線源脈衝序列。
【專利說明】基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統

【技術領域】
[0001]本實用新型屬於利用經周期性相位調製的納秒脈衝放大壓縮後獲得的超短雷射脈衝序列與脈衝電子束或者靶材料相互作用產生高通量輻射源的領域，具體涉及一種基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統。

【背景技術】
[0002]高強度的X射線源與粒子輻射源在高能量密度物理診斷、材料科學研究和生物科學研究中有重要的應用價值。研究物理、化學或者生物過程在短時間內的高時間分辨動態演化的瞬態動力學機制需要納秒尺度內的序列脈衝輻射源。目前，在科學研究當中，基於高峰值功率雷射脈衝與脈衝電子束或者靶材料相互作用以產生高強度的短脈衝輻射源的方法已經得到了廣泛應用。高功率雷射系統通常採用啁啾脈衝放大的方法以提高雷射脈衝的峰值功率，最終通過脈衝壓縮器獲得脈寬為皮秒甚至飛秒級的高峰值功率的超短雷射脈衝。然而，由於現有方法產生的重頻光源相鄰脈衝的時間間隔過大，只能對單時間點的狀態進行診斷而無法研究納秒時間尺度內的瞬態動力學機制。考慮到窄帶整形納秒脈衝通過直接的周期性相位調製的方法可以獲得周期性線性啁啾脈衝，經脈衝放大並壓縮後能夠產生一串高峰值功率的整形超短脈衝序列，再經與脈衝電子束或者靶材料相互作用可以產生序列脈衝輻射源，可以作為瞬態動力學過程研究的有力手段。與此同時，納秒脈衝的脈寬較大，更容易從雷射放大器中提取更高的能量，從而獲得更高輻射源強度。


【發明內容】

[0003]為克服傳統的基於單一超短雷射脈衝的輻射源產生系統只能用於單時間點狀態診斷的缺點，本實用新型提供一種基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統。本實用新型的種子源採用整形的窄帶納秒脈衝，通過直接的周期性相位調製獲得周期性線性啁啾脈衝序列，用以產生序列短脈衝輻射源，從而獲得瞬態動力學機制的研究能力。
[0004]本實用新型的基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統含有納秒脈衝雷射器、2X2光開關、可調延時器、寬帶相位調製器、增益補償放大器、預放大器、主放大器、脈衝壓縮器、超短雷射脈衝序列、脈衝電子束和X射線源脈衝序列。納秒脈衝雷射器用於產生具有一定重頻、脈寬和波形的窄帶納秒脈衝種子源；2X2光開關用於將種子脈衝導入包含有可調延時器、寬帶相位調製器和增益補償放大器的環形腔；預放大器用於提供高雷射增益；主放大器用於獲得高脈衝能量輸出；脈衝壓縮器用於壓縮放大後的脈衝序列，獲得高峰值功率的超短雷射脈衝序列；脈衝電子束用於與超短雷射脈衝序列相互作用產生X射線源脈衝序列。
[0005]本實用新型的基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統的工作原理是:納秒脈衝雷射器產生的具有一定重頻、脈寬和波形的窄帶納秒脈衝種子源經2X2光開關進入環形腔。環形腔中可調延時器用以調節腔長以使雷射脈衝與寬帶相位調製器中的相位調製脈衝精確同步，雷射脈衝經寬帶相位調製器的周期性拋物線形信號調製後稱為寬帶的周期性線性啁啾脈衝，增益補償放大器用於補償腔內器件引入的損耗，若單次相位調製所獲得的雷射帶寬不夠大，則需要多次在腔內循環直至獲得所需的雷射帶寬，由2X2光開關控制脈衝循環次數並從腔內輸出，此時納秒脈衝相當於周期性線性啁啾脈衝序列。周期性線性啁啾脈衝序列經預放大器放大獲得高能量增益，經主放大器放大獲得高能量提取。放大後的周期性線性啁啾脈衝序列進入脈衝壓縮器中將各子脈衝的脈寬進行壓縮以獲得高峰值功率的超短雷射脈衝序列。高峰值功率的超短雷射脈衝序列與時間同步的脈衝電子束相互作用，產生高強度的X射線源脈衝序列。
[0006]本實用新型的基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統中的各器件可以採用塊狀固體雷射系統或者光纖雷射系統中的相關器件。對電子、質子或中子等粒子輻射源，將末端的脈衝電子束替換為對應的靶材料。
[0007]本實用新型的基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統在產生高峰值功率的超短雷射脈衝序列的同時，使用納秒級雷射脈衝寬度，提高了總的脈衝提取能量，進而在納秒時間尺度內獲得了更高的輻射源強度，使用效果好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型的基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統的實施例1的結構框圖；
[0009]圖2為本實用新型的基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統的實施例2的結構框圖；
[0010]圖中，1.納秒脈衝雷射器2.2X2光開關3.可調延時器4.寬帶相位調製器5.增益補償放大器6.預放大器7.主放大器8.脈衝壓縮器9.超短雷射脈衝序列
10.脈衝電子束11.X射線源脈衝序列12.靶材料13.粒子輻射源脈衝序列。

【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0012]實施例1
[0013]圖1中，本實用新型的基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統含有納秒脈衝雷射器1，2X2光開關2，可調延時器3，寬帶相位調製器4，增益補償放大器5，預放大器6，主放大器7，脈衝壓縮器8，超短雷射脈衝序列9，脈衝電子束10和X射線源脈衝序列11。其連接關係是:納秒脈衝雷射器I與2X2光開關2的輸入I埠連接，2X2光開關2的輸出2埠與可調延時器3連接，可調延時器3與寬帶相位調製器4連接，寬帶相位調製器4與增益補償放大器5連接，增益補償放大器5與2X2光開關2的輸入2埠連接，2X2光開關2的輸出I埠與預放大器6連接，預放大器6與主放大器7連接，主放大器7與脈衝壓縮器8連接，脈衝壓縮器8與超短雷射脈衝序列9連接，超短雷射脈衝序列9與脈衝電子束10連接，脈衝電子束10與X射線源脈衝序列11連接。
[0014]本實施例的工作過程是:重頻的整形窄帶納秒脈衝由納秒脈衝雷射器I產生,經2X2光開關2的輸入I埠和輸出2埠進入環形腔，可調延時器3用於調節腔長以滿足精確時間同步關係，納秒脈衝經寬帶相位調製器4進行相位調製後變成寬帶周期性線性啁啾脈衝，經增益補償放大器5補償腔內損耗，由2X2光開關2時序控制脈衝在腔內循環次數以獲得滿足要求的帶寬，然後經2X2光開關2的輸出I端輸出獲得周期性線性啁啾脈衝序列，周期性線性啁啾脈衝序列經預放大器6獲得高能量增益，經主放大器7獲得高能量提取，經脈衝壓縮器8壓縮為高峰值功率的超短雷射脈衝序列9，超短雷射脈衝序列9與同步的脈衝電子束10相互作用產生X射線源脈衝序列11。
[0015]實施例2
[0016]圖2中，本實用新型的基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統含有納秒脈衝雷射器1，2X2光開關2，可調延時器3，寬帶相位調製器4，增益補償放大器5，預放大器6，主放大器7，脈衝壓縮器8，超短雷射脈衝序列9，靶材料12和粒子輻射源脈衝序列13。其連接關係是:納秒脈衝雷射器I與2X2光開關2的輸入I埠連接，2X2光開關2的輸出2埠與可調延時器3連接，可調延時器3與寬帶相位調製器4連接，寬帶相位調製器4與增益補償放大器5連接，增益補償放大器5與2X2光開關2的輸入2埠連接，2X2光開關2的輸出I埠與預放大器6連接，預放大器6與主放大器7連接，主放大器7與脈衝壓縮器8連接，脈衝壓縮器8與超短雷射脈衝序列9連接，超短雷射脈衝序列9與靶材料12連接，IE材料12與粒子福射源脈衝序列13連接。
[0017]本實施例的工作過程是:重頻的整形窄帶納秒脈衝由納秒脈衝雷射器I產生,經2X2光開關2的輸入I埠和輸出2埠進入環形腔，可調延時器3用於調節腔長以滿足精確時間同步關係，納秒脈衝經寬帶相位調製器4進行相位調製後變成寬帶周期性線性啁啾脈衝，經增益補償放大器5補償腔內損耗，由2X2光開關2時序控制脈衝在腔內循環次數以獲得滿足要求的帶寬，然後經2X2光開關2的輸出I端輸出獲得周期性線性啁啾脈衝序列，周期性線性啁啾脈衝序列經預放大器6獲得高能量增益，經主放大器7獲得高能量提取，經脈衝壓縮器8壓縮為高峰值功率的超短雷射脈衝序列9，超短雷射脈衝序列9與靶材料12相互作用產生粒子輻射源脈衝序列13。
【權利要求】
1.一種基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統，其特徵在於:所述的輻射源產生系統含有納秒脈衝雷射器(1)，2X2光開關(2)，可調延時器(3)，寬帶相位調製器(4)，增益補償放大器(5)，預放大器(6)，主放大器(7)，脈衝壓縮器(8)，超短雷射脈衝序列(9)，脈衝電子束(10 )和X射線源脈衝序列(11);其連接關係是，納秒脈衝雷射器(I)與2 X 2光開關(2)的輸入I埠連接，2X2光開關(2)的輸出2埠與可調延時器(3)連接，可調延時器(3)與寬帶相位調製器(4)連接，寬帶相位調製器(4)與增益補償放大器(5)連接，增益補償放大器(5)與2 X 2光開關(2)的輸入2埠連接，2 X 2光開關(2)的輸出I埠與預放大器(6 )連接，預放大器(6 )與主放大器(7 )連接，主放大器(7 )與脈衝壓縮器(8 )連接，脈衝壓縮器(8)與超短雷射脈衝序列(9)連接，超短雷射脈衝序列(9)與脈衝電子束(10)連接，脈衝電子束(10 )與X射線源脈衝序列(11)連接。
2.根據權利要求1所述的基於脈衝周期性相位調製的輻射源產生系統，其特徵在於:所述脈衝電子束(10)替換為靶材料(12)，X射線源脈衝序列(11)替換為粒子輻射源脈衝序列(13)。
【文檔編號】H01S4/00GK204103244SQ201420613791
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】林宏奐, 黃志華, 許黨朋, 王建軍, 田小程 申請人:中國工程物理研究院雷射聚變研究中心