肖鴻晶 黃超 唐玉龍? 徐劍秋

1)(上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院,激光等離子體教育部重點實驗室,上海 200240)

2)(上海交通大學(xué),IFSA 協(xié)同創(chuàng)新中心,上海 200240)

1 引 言

實現(xiàn)約束核聚變的方式主要有兩種:一種是磁約束[1],另一種是慣性約束[2].在激光慣性約束驅(qū)動核聚變(又稱點火)的具體方案中,中心點火[3?5]和快點火[6,7]是已經(jīng)被廣泛研究的兩種方案.2007年,Betti等[8]提出了一種新型的點火方案—沖擊點火.該方案將壓縮與點火分開,利用長脈沖壓縮靶丸,再利用高功率的沖擊脈沖點火.沖擊點火方案具有結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、點火能量閾值低、系統(tǒng)能量增益較大、流體穩(wěn)定性較好等特點[9].因此,該方案一經(jīng)提出,便引起了廣泛的關(guān)注.理論分析[8,10]以及美國的 NIF[11]、OMEGA[12,13],法國的 LMJ[14],捷克的PLAS[15]等裝置的打靶實驗,都成功驗證了沖擊點火方案具有高增益優(yōu)勢,是實現(xiàn)成功點火的有效途徑.

高質(zhì)量的沖擊脈沖是利用沖擊點火方案實現(xiàn)聚變點火的關(guān)鍵因素.袁強等[16]通過數(shù)值模擬分析了影響沖擊脈沖質(zhì)量的主要參數(shù)有沖擊脈沖峰值功率、沖擊脈沖寬度、沖擊脈沖上升沿時間.這3個關(guān)鍵參數(shù)主要會影響沖擊點火中實現(xiàn)點火的激光功率閾值和靶增益.沖擊點火所需要的激光峰值功率達(dá)到10 TW量級,但隨著功率的增加,靶增益開始下降,所以沖擊脈沖峰值功率并不是越大越好;沖擊點火所需要的沖擊脈沖寬度需要達(dá)到100 ps量級,以提供足夠的能量才能實現(xiàn)成功點火,但寬度越大意味著更多的點火能量輸入,這樣又會降低靶增益,所以沖擊脈沖寬度需要結(jié)合具體的實驗條件進(jìn)行設(shè)計;沖擊脈沖上升沿時間在百皮秒范圍時不會影響點火的效果,但是如果上升沿時間過長就會增強激光等離子體的不穩(wěn)定性[17,18].基于以上分析,沖擊點火脈沖的脈沖寬度、脈沖上升沿時間、峰值功率對比度是影響成功點火的重要參數(shù)指標(biāo),因此如何實現(xiàn)高精度可控的沖擊脈沖顯得尤為重要.

袁強等[19]曾提出利用時域復(fù)合技術(shù)和空域復(fù)合技術(shù)來產(chǎn)生沖擊點火激光脈沖.時域復(fù)合技術(shù)指的是在不同的時段施加不一樣的調(diào)制,不同的調(diào)制方案達(dá)到的效果不同;空域復(fù)合技術(shù)指的是將壓縮脈沖與沖擊脈沖分開調(diào)制,然后再在耦合點處進(jìn)行時域拼接.上述工作并沒有具體描述如何實現(xiàn)高精度主動可控以及高對比度的沖擊脈沖.

本文基于光纖環(huán)循環(huán)相位調(diào)制與光柵對壓縮的時間透鏡系統(tǒng)[20],提出一種新的獲取沖擊脈沖的設(shè)計方案并對其進(jìn)行深度研究.利用相位調(diào)制器對脈沖信號進(jìn)行非對稱頻譜展寬(左右兩側(cè)均為線性調(diào)制,但調(diào)制頻率不一樣),然后再利用光柵對對脈沖信號整體進(jìn)行頻域線性啁啾補償,實現(xiàn)對脈沖的時域非對稱壓縮,從而達(dá)到控制沖擊脈沖寬度、對比度等參數(shù)的目的.通過建立理論模型和數(shù)值模擬,研究了光纖環(huán)時間透鏡系統(tǒng)中的相位調(diào)制參數(shù)(調(diào)制函數(shù)、調(diào)制頻率、調(diào)制深度、調(diào)制圈數(shù)等)對頻譜信號和光柵對壓縮參量對最終輸出脈沖波形的影響,并采用多參量優(yōu)化方法對各個參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化.這種對沖擊脈沖的脈寬與峰值功率對比度獨立高精度可控的研究思路以及具體的參數(shù)設(shè)計方案,對產(chǎn)生高質(zhì)量沖擊脈沖具有一定的參考意義.

2 理論分析與模型建立

本文采用了基于光纖環(huán)相位調(diào)制與光柵對壓縮的時間透鏡系統(tǒng)來調(diào)控沖擊脈沖的光譜和波形.時間透鏡系統(tǒng),類似于空間透鏡給空間光場施加了一個二次相位(通過衍射后光斑被放大或縮小),時間透鏡在時域上對光場也同樣施加一個二次相位.因此,對于一個輸入激光脈沖,通過時間透鏡系統(tǒng)作用后,光場的頻譜會根據(jù)所施加的二次相位調(diào)制而展寬,而脈沖寬度會因為系統(tǒng)所施加的色散而展寬或者壓縮,這種時間和空間域上的相似性被稱為時空二元性[21].

本文采用了如圖1所示的裝置,該裝置主要包括三個部分:第一部分是通過強度調(diào)制器將連續(xù)光斬波為初始脈沖信號;第二部分是通過光纖環(huán)相位調(diào)制系統(tǒng),在時域上對脈沖進(jìn)行循環(huán)相位調(diào)制,從而實現(xiàn)光場的頻譜展寬,避免了為實現(xiàn)較寬頻譜展寬而采用多個相位調(diào)制器級聯(lián)的弊端;第三部分是利用光柵對提供一個反常色散,類似于色散延遲線,在頻域上對信號進(jìn)行時間調(diào)制,最終實現(xiàn)脈沖壓縮.

圖1 時間透鏡裝置圖(MZ,馬赫-曾德爾調(diào)制器;YDFA,摻鐿光纖放大器;AWG,任意波形發(fā)生器;BPF,帶通濾波器;PM,位相調(diào)制器;G1 和 G2,光柵 1 和光柵 2)Fig.1.Schematic setup of the time lens concept(MZ,Mach-Zehnder modulator;YDFA,ytterbium-doped fiber amplifier;AWG,arbitrary waveform generator;BPF,band-pass filter;PM,phase modulator;G1 and G2,grating1 and grating2).

如圖1所示,裝置第一部分采用了1053 nm波段的單模連續(xù)光纖激光器作為種子光,通過強度調(diào)制器(12 GHz的任意波形發(fā)生器(AWG)施加調(diào)制信號)將連續(xù)種子光信號斬波為一定時域?qū)挾群鸵欢l譜寬度的初始超高斯脈沖信號(受強度調(diào)制器本身的電學(xué)特性影響,如果需要斬波的脈沖低于10 ps,需要利用兩個強度調(diào)制器進(jìn)行錯位削波);第二部分,脈沖經(jīng)過光纖環(huán)相位調(diào)制系統(tǒng),光纖環(huán)內(nèi),AWG施加調(diào)制信號精確控制光開關(guān)與相位調(diào)制器,放大器的作用主要是補償激光脈沖經(jīng)過光開關(guān)與相位調(diào)制器的功率損耗,從而能夠保證信號持續(xù)不斷地獲得相位調(diào)制;相位調(diào)制函數(shù)采用分段二次函數(shù),左右兩側(cè)的調(diào)制頻率不一致并且要保證相位調(diào)制函數(shù)的時間寬度大于初始斬波輸出脈沖的寬度,這是因為由于光纖的正色散,脈沖在光纖環(huán)內(nèi)循環(huán)數(shù)圈之后,初始脈沖的寬度會增加,如果相位調(diào)制函數(shù)的時間寬度小于脈沖寬度,那么脈沖將不能完全被相位調(diào)制函數(shù)調(diào)制;由于兩側(cè)的調(diào)制頻率的差異,脈沖經(jīng)過相位調(diào)制后,兩側(cè)的頻譜展寬量不同,當(dāng)頻譜展寬一定量后,脈沖將從光纖環(huán)內(nèi)輸出;第三部分,光纖環(huán)輸出脈沖經(jīng)過平行光柵對系統(tǒng)實現(xiàn)壓縮,本系統(tǒng)中構(gòu)造的平行光柵對系統(tǒng)所產(chǎn)生的色散補償量主要由平行光柵對整體相對于光信號的入射角和光柵對之間的距離決定.本文中,保持激光相對于光柵對的入射角不變,通過改變平行光柵對之間的距離來控制光柵對所提供的壓縮量.光柵對類似反常色散延遲線,其作用是對通過的光脈沖施加反常的群速度時延(GVD).因此,脈沖經(jīng)過光柵對系統(tǒng)后,脈沖被壓縮.在相同的光柵對壓縮參數(shù)下,頻譜展寬量越大,脈沖壓縮的程度越大.

初始斬波輸出的脈沖信號可以表示如下:

脈沖在光纖環(huán)內(nèi)每環(huán)繞一圈,光纖的色散、非線性效應(yīng)以及相位調(diào)制器都要產(chǎn)生作用.因此,脈沖經(jīng)過每一圈光纖環(huán)后,其譜寬與脈寬都要展寬.循環(huán)一圈之后的脈沖信號將作為下一圈的輸入信號.這一循環(huán)的過程可以通過如下的方程組來描述:

其中,n是光纖環(huán)的圈數(shù),F是傅里葉變化,是傅里葉逆變換.

脈沖在光纖環(huán)內(nèi)經(jīng)過多次循環(huán)調(diào)制直到其頻譜展寬到預(yù)先設(shè)定好的展寬量,然后從光開關(guān)的另一端口輸出進(jìn)入光柵對壓縮系統(tǒng),從光纖環(huán)輸出的激光脈沖可表示為

本文采用如圖1所示的光柵對構(gòu)造裝置,?是入射角,θ是衍射角.光柵對提供的相位延遲由光柵對的距離d和光柵對之間的夾角?決定:

其中L是光柵周期.

通常情況下,二階色散導(dǎo)致的相位延遲對脈沖的展寬或者壓縮起主要作用[22],光柵對施加的二階色散相位變化表述如下:

其中l(wèi)0是脈沖的中心波長.

因此,脈沖經(jīng)過光柵對壓縮之后的信號可表述為

具體數(shù)值模擬時,我們采用分步傅里葉算法(split-step Fourier method),利用 MATLAB 編程求解非線性薛定諤方程來模擬脈沖的演化,采用控制變量的方法具體分析各參數(shù)對脈沖與頻譜演化的影響.

3 模擬結(jié)果與分析

影響時間透鏡系統(tǒng)最終輸出的沖擊脈沖特性的主要因素有初始斬波脈沖的特性、相位調(diào)制函數(shù)的調(diào)制頻率、調(diào)制深度、光柵對壓縮量等.本節(jié)主要闡述產(chǎn)生沖擊脈沖的具體設(shè)計方案以及分析影響沖擊脈沖特性的關(guān)鍵因素.

首先利用強度調(diào)制器斬波出脈寬大約1.06 ns、頻譜寬度大約為0.0045 nm的超高斯脈沖(如圖2所示).

相位調(diào)制函數(shù)設(shè)計圖如圖3所示,設(shè)計相位調(diào)制函數(shù)兩側(cè)均為二次函數(shù),保證施加給脈沖的頻率啁啾為線性啁啾.調(diào)制深度設(shè)定為30.相位調(diào)制函數(shù)左右兩側(cè)的調(diào)制頻率自適應(yīng)輸入脈沖的脈寬.在圖2所示的輸入脈沖下,脈沖左側(cè)調(diào)制頻率fl設(shè)定約為 1.17 GHz,右側(cè)調(diào)制頻率fr設(shè)置約為 1.3 GHz.脈沖被相位調(diào)制的次數(shù)越多,光譜展寬越大,但是由于右側(cè)調(diào)制頻率較左側(cè)調(diào)制頻率更大,因此兩側(cè)的光譜展寬量有差異.

圖2 強度調(diào)制器斬波出的脈沖頻譜(a)與波形(b)Fig.2.Spectrum(a)and pulseshape(b)of the seed laser ter the intensity modulator.

圖3 相位調(diào)制函數(shù)圖Fig.3.Diagram of phase modulation function.

圖4是經(jīng)過相位調(diào)制器后的頻譜信號與輸出脈沖波形.圖4(a)表示輸出頻譜信號.隨著環(huán)繞圈數(shù)的增加,頻譜寬度不斷增加.相位調(diào)制函數(shù)右側(cè)對應(yīng)的是短波信號,即藍(lán)移分量,左側(cè)對應(yīng)的是長波信號,即紅移分量.在圖3所示的相位調(diào)制函數(shù)調(diào)制下(右側(cè)調(diào)制頻率大于左側(cè)調(diào)制頻率),短波對應(yīng)的頻譜展寬量會大于長波對應(yīng)的頻譜展寬量.由于能量守恒的原因,所以圖4(a)頻譜圖中左側(cè)短波信號對應(yīng)的幅值小于右側(cè)長波對應(yīng)的幅值.當(dāng)環(huán)繞圈數(shù)達(dá)到55圈時,光譜會發(fā)生細(xì)微振蕩,這是因為脈沖寬度也在不斷增加,相位調(diào)制函數(shù)已經(jīng)不能夠完全調(diào)制脈沖(脈沖邊緣部分沒有被調(diào)制),由于光纖的非線性效應(yīng)(自相位調(diào)制)和色散相互作用導(dǎo)致光譜振蕩.圖4(b)表示的是輸出脈沖信號.由于光纖的正常色散特性,脈沖經(jīng)過光纖環(huán)內(nèi)循環(huán)多圈后,脈沖寬度會展寬.由于光纖的色散對稱地施加于脈沖頻譜兩側(cè),而寬頻譜展寬量的脈沖部分獲得的色散量更大,使得脈寬展寬更大,因此經(jīng)過光纖色散后輸出的脈沖信號的兩側(cè)脈寬都展寬,但是右側(cè)相對展寬更大,從而也導(dǎo)致右側(cè)的強度幅值小于左側(cè)的強度幅值.

圖4 考慮色散與非線性效應(yīng)時脈沖信號經(jīng)過光纖環(huán)不同圈數(shù)相位調(diào)制之后的頻譜(a)與脈沖(b)的演化Fig.4.Evolution of the spectrum(a)and shape(b)of the pulse after different round trips of phase modulation(before compression)when the dispersion and nonlinear effects of fibers are included.

3.1 光柵對的間距對沖擊脈沖特性的影響

光柵對實際上類似于反常色散延遲線,即對脈沖信號施加反常色散.對于擁有正啁啾的脈沖信號經(jīng)過此光柵對時,脈沖寬度就會被壓縮.如圖4(a)所示,短波對應(yīng)的頻譜展寬量比長波更大,因此脈沖在經(jīng)過光柵對壓縮時,短波更容易被壓縮,所以短波部分對應(yīng)的強度幅值大于長波部分對應(yīng)的強度幅值,于是在時域上便被調(diào)制出沖擊脈沖形狀.

對于擁有一定頻譜展寬的脈沖再利用光柵對進(jìn)行壓縮時,該壓縮量必然有一個范圍,超過這個范圍,脈沖就會發(fā)生分裂和振蕩.脈沖壓縮量逐漸增大時,壓縮脈沖與沖擊脈沖的寬度都會被壓縮且沖擊脈沖的峰值功率的對比度也會相應(yīng)地發(fā)生改變.在本系統(tǒng)中,控制光柵對角度不變,通過改變光柵對的間距來調(diào)節(jié)了光柵對提供的壓縮量.

如圖5所示,隨著光柵對距離的增大,光柵對所提供的壓縮量越大,則其壓縮輸出的脈沖寬度越窄,同時沖擊脈沖峰值功率的對比度越大.當(dāng)光柵對的距離為3 m時,沖擊脈沖功率與壓縮脈沖的功率之比約為2︰1,且沖擊脈沖的寬度約為100 ps,符合沖擊點火對沖擊脈沖寬度的要求.當(dāng)光柵對的距離為3.5 m時,由于光柵對提供的壓縮量相對較大造成了過度壓縮,因此沖擊脈沖峰值處逐漸發(fā)生分裂,脈沖波形也產(chǎn)生了畸變(如圖5插圖所示).因此,在采用光柵對進(jìn)行脈沖壓縮時,并不是壓縮量越大越好,需要根據(jù)沖擊脈沖的特性而設(shè)計出相應(yīng)的壓縮參數(shù)方案.

3.2 輸入脈沖波形對沖擊脈沖特性的影響

沖擊脈沖的上升沿特性對沖擊點火效能具有很大的影響,其中脈沖沿的陡峭度是一個關(guān)鍵參數(shù).影響沖擊脈沖陡峭度的最主要因素是輸入脈沖函數(shù)的階數(shù),階數(shù)越大,輸入脈沖越陡峭,波形越接近方波,階數(shù)越小,輸入脈沖越平滑,波形越接近高斯函數(shù).

輸入函數(shù)的方程可以表示為

式中,參量T0為脈沖功率最大值一半處的全寬度;t采用納秒單位(10–9s);m為輸入函數(shù)的階數(shù),主要決定了脈沖前后沿的陡度;X和m共同決定輸入脈沖的寬度.m=1,就是高斯脈沖情形,如果m值較大,函數(shù)就對應(yīng)為前后沿陡峭的方形脈沖.而輸入脈沖寬度越小,相應(yīng)的有效相位調(diào)制頻率就越大,因此在同等的相位調(diào)制次數(shù)下,脈沖獲得的頻譜展寬量就越大,脈沖更容易被壓縮.

圖5 不同光柵對距離對最終輸出脈沖的影響(光纖環(huán)環(huán)繞圈數(shù)設(shè)定為55圈,光柵對角度設(shè)定為30°)Fig.5.Final output pulse shape with different grating-pair distance settings(the number of fiber loops is set to 20 turns and the grating pair angle is set to 30 degrees).

模擬過程中,控制X=1.7,脈沖在光纖環(huán)中環(huán)繞圈數(shù)不變(55圈),控制光柵對參數(shù)不變(?=30°,d=3 m),分析輸入脈沖波形對最終產(chǎn)生的沖擊脈沖特性的影響.如圖6所示,隨著初始斬波脈沖邊緣陡峭度的增加(波形函數(shù)階數(shù)增加),脈沖光譜的展寬寬度也逐漸增大,最終壓縮輸出的脈沖寬度越窄,沖擊脈沖與壓縮脈沖峰值功率的對比度也越高(1.25—2.5).圖6其實也說明了調(diào)制頻率對沖擊脈沖性能的影響,因為脈沖越陡峭得到的有效調(diào)制頻率越高,頻譜展寬量越大,在同等壓縮量下,脈沖更容易被壓縮.

圖6 輸入脈沖陡峭度對經(jīng)過時間透鏡系統(tǒng)之后的頻譜展寬(a)和脈沖波形(b)的影響Fig.6.Influences of the input pulse shape(different orders of Gaussian function)on the spectrum(a)and pulse shape(b)of the output pulse after being operated by the time lens system.

3.3 頻譜展寬量對沖擊脈沖性能的影響

上述分析表明,當(dāng)脈沖獲得不同的頻譜展寬量時,必須要計算出光柵對提供的合適壓縮量才能產(chǎn)生特定性能指標(biāo)的沖擊脈沖.影響頻譜展寬量的因素主要有單次相位調(diào)制的展寬量與相位調(diào)制的次數(shù).影響單次相位調(diào)制展寬量的主要因素是相位調(diào)制深度與調(diào)制頻率.本文研究通過控制光柵對參數(shù)不變(?=30°,d=3 m),將不同頻譜展寬量的脈沖經(jīng)過相同的光柵對壓縮參數(shù)進(jìn)行脈沖壓縮,從而將輸出的脈沖進(jìn)行對比.本節(jié)控制初始斬波脈沖函數(shù)不變、相位調(diào)制頻率不變,通過改變相位調(diào)制深度和調(diào)制次數(shù)來改變光譜的展寬量.圖7中輸入函數(shù)X=1.7,m=5,左側(cè)調(diào)制頻率fl設(shè)定約為1.17 GHz、右側(cè)調(diào)制頻率fr設(shè)置約為 1.31 GHz、控制光柵對參數(shù)不變(?=30°,d=3 m),圖7(a)表示相位調(diào)制次數(shù)設(shè)定55圈時,相位調(diào)制深度越大,則脈沖經(jīng)過相位調(diào)制之后的頻譜展寬越大,當(dāng)調(diào)制深度取為40,此時調(diào)制函數(shù)已經(jīng)無法完全調(diào)制脈沖信號函數(shù),因此頻譜產(chǎn)生振蕩.圖7(b)表示的是脈沖頻譜展寬量越大,脈沖越容易被壓縮,但是一旦壓縮過量,脈沖就會產(chǎn)生畸變.圖7(c)表示相位調(diào)制深度取30時,相位調(diào)制次數(shù)越多,則脈沖經(jīng)過相位調(diào)制之后的頻譜展寬越大.圖7(d)表示經(jīng)過特定壓縮量下輸出的沖擊脈沖信號,相位調(diào)制次數(shù)越多時(光譜展寬越大)脈沖壓縮后的脈寬越窄、對比度越高.

3.4 產(chǎn)生特定沖擊脈沖波形的參數(shù)設(shè)計方案

在具體使用沖擊點火方案時,可能會根據(jù)現(xiàn)場實驗條件而選擇不同指標(biāo)的沖擊脈沖.基于以上分析,影響沖擊脈沖性能指標(biāo)的因素有初始斬波函數(shù)、相位調(diào)制函數(shù)、光柵對壓縮等參數(shù),因此通過優(yōu)化組合設(shè)計上述參數(shù)達(dá)到保證沖擊脈沖寬度一定時獨立控制沖擊脈沖峰值功率對比度、或者保證沖擊脈沖峰值功率對比度一定時獨立控制沖擊脈沖寬度將對靈活控制最終的實驗效果具有參考意義.

圖7 壓縮量一定時,頻譜展寬量不一樣時被壓縮輸出后的脈沖(a),(b)表示調(diào)制深度不同的情況下,頻譜展寬與被壓縮輸出后的脈沖;(c),(d)表示相位調(diào)制次數(shù)不同,頻譜展寬與被壓縮輸出后的脈沖Fig.7.Output pulse after different amount of spectrum broadening when the amount of compression is constant:(a),(b)Broadening spectrum and the output pulse after different modulation depth;(c),(d)the broadening spectrum and output pulse after different round trips.

圖8 不同參數(shù)設(shè)計下最終壓縮輸出的脈沖(a)控制沖擊脈沖寬度不變,改變沖擊脈沖峰值功率對比度;(b)控制沖擊脈沖峰值功率之比不變,改變沖擊脈沖寬度Fig.8.Final output pulse under different combined-parameter design:(a)Tuning the ratio of the peak power of the shock pulse and the compress pulse while keeping the shock pulse width unchanged;(b)modifying the shock pulse width while keeping the ratio of the peak power of the shock pulse to the compress pulse unchanged.

如果光柵對的壓縮量不變,那么經(jīng)過相位調(diào)制之后的頻譜展寬中,僅有在短波(藍(lán)移分量)的頻譜展寬量也保持不變的情況下,沖擊脈沖的寬度與沖擊脈沖對應(yīng)的強度幅值才會保持不變,此時僅需要調(diào)節(jié)長波(紅移分量)的頻譜展寬量,即可單獨控制沖擊脈沖峰值功率的對比度.如果沖擊脈沖的脈寬發(fā)生變化,則其對應(yīng)的強度幅值也會發(fā)生變化.在這種情況下,必須綜合調(diào)節(jié)短波長部分的頻譜展寬量、光柵對的壓縮量才能保持沖擊脈沖峰值功率對比度不變.因此通過斬波函數(shù)、相位調(diào)制函數(shù)、光柵對壓縮量的綜合參數(shù)設(shè)計才能保證沖擊脈沖峰值功率對比度一定時獨立控制沖擊脈沖寬度.圖8(a)中,斬波函數(shù)中X=1.7,高斯階數(shù)m=5,相位調(diào)制函數(shù)中調(diào)制深度為30,右側(cè)調(diào)制頻率fr設(shè)置約為 1.31 GHz,光纖環(huán)的環(huán)繞圈數(shù)為 55,控制光柵對參數(shù)不變(?=30°,d=3 m),通過調(diào)節(jié)左側(cè)調(diào)制頻率,本時間透鏡系統(tǒng)最終可以實現(xiàn)對控制沖擊脈沖的脈寬不變而單獨調(diào)節(jié)沖擊脈沖峰值功率的對比度.圖8(b)中,斬波函數(shù)中高斯階數(shù)m=5,相位調(diào)制函數(shù)中調(diào)制深度為 30,光纖環(huán)的環(huán)繞圈數(shù)為55,光柵對的角度保持不變(?=30°).通過調(diào)節(jié)輸入斬波函數(shù)的X變量、左側(cè)調(diào)制頻率、右側(cè)調(diào)制頻率、光柵對的間距,最終可以實現(xiàn)保持沖擊脈沖的峰值功率的對比度不變而單獨調(diào)控沖擊脈沖寬度.

4 結(jié) 論

本文主要研究了利用光纖環(huán)相位調(diào)制與光柵對壓縮的時間透鏡系統(tǒng)來實現(xiàn)高精度可控的沖擊脈沖,給出了具體的設(shè)計參數(shù)并詳細(xì)分析了關(guān)鍵參數(shù)對沖擊脈沖性能的影響.研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)相位調(diào)制函數(shù)采用分段函數(shù)并保證兩側(cè)調(diào)制頻率不同,通過組合優(yōu)化初始斬波脈沖函數(shù)、相位調(diào)制次數(shù)、相位調(diào)制頻率、光柵對壓縮量等參數(shù),可以得到各種性能指標(biāo)靈活可調(diào)的沖擊脈沖.影響沖擊脈沖的沖擊比的關(guān)鍵因素是光柵對提供的壓縮量,可以通過壓縮量來控制沖擊脈沖的沖擊比,但如果壓縮過量,那么最終的脈沖將會畸形或偏離沖擊波形;影響沖擊脈沖陡峭度的是初始斬波脈沖高斯函數(shù)的階數(shù),該階數(shù)越高,經(jīng)過相位調(diào)制之后的沖擊脈沖則越陡峭,上升沿寬度則越窄;影響壓縮后的最終輸出脈沖寬度的主要因素是信號的頻譜展寬量,當(dāng)頻譜展寬量越大時,脈沖越容易被壓縮.本文提出的新型沖擊脈沖產(chǎn)生方案,能夠?qū)_擊脈沖的脈寬、脈沖的陡峭度、對比度、脈沖波形等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行高精度主動調(diào)控,為實驗上實現(xiàn)高質(zhì)量的沖擊脈沖提供了一種新思路.