利用高带宽任意波形发生器实现脉冲激光器的精准控制

作者：泰克科技 Alejandro Buritica
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高功率脉冲激光器是许多科学和工程实验的核心技术，在光谱学、计量学、量子信息、原子物理学和材料研究领域中发挥驱动作用。为了能够可靠、一致地进行这些实验，研究人员需要以高精度、高灵活性和严格的时序控制来控制脉冲激光器。具有高采样率的泰克任意波形发生器 (AWG) 能够完成上述任务。



生成波形以引发并微调效应

科学家和工程师利用泰克的 AWG 能够生成各种形状（矩形波形、指数波形、线性和非线性频率调制的啁啾信号、高斯波形和自定义波形）的快速电压脉冲。通过在一个或多个同步通道上生成高分辨率和宽带宽信号，泰克 AWG 可以凭借卓越的保真度和精度来驱动激光二极管或电光调制器，从而使其创建出真实而复杂的信号场景，这些场景可以对定向能量流进行相位对齐，在新材料中引发量子效应，并微调化学反应等其他条件。

加入干扰以在压力条件下进行严格测试

泰克 AWG 包括用于控制 AWG 仪器的 SourceXpress 软件，为用户提供强大的信号生成和编辑功能，用以精细定义脉冲形状、持续时间、频率、幅度、相位和调制等参数（图 1）。此外，用户可以使用泰克 AWG 将噪声、抖动、干扰和失真故意添加到信号中，以测试激光系统在这些压力条件是否能够保持良好性能。这样可以帮助用户获得有关其系统稳健性和操作限制的明确指标。



图 1：  用于创建高速精确脉冲的 SourceXpress 软件

此外，得益于其序列化功能，SourceXpress 软件简化了创建和回放成千上万个脉冲波形的过程，这些波形可以按照用户指定的任意顺序精确放置。波形回放可以从嵌入式波形标记、外部触发器开始，或者按照特定的“跳转”逻辑从一个波形样本切换到下一个样本。

例如，物理实验中的挑战之一是操纵频率啁啾激光器，这种激光器可以在微妙 (μs) 时间内实现数吉赫兹 (GHz) 的频率跨度，这是实现两个量子态之间转换的所需条件。研究人员可以通过使用 AWG 产生的调制信号来控制注入锁定激光系统中的电光相位调制器，从而简化实验流程。

精确调制脉冲激光包络

惯性约束聚变 (ICF) 是另一种物理应用，使用由 AWG 驱动的多个高功率固态激光器。高功率激光器输出高稳定的激光脉冲，具有独立、精确、可控的时域形态，满足功率平衡的要求。由于对复杂时间形状激光脉冲的需求，因此对激光脉冲的时间形状调整能力变得十分重要，AWG 在这方面提供了精确振幅和时序控制，从而实现最小的信号失真和最大的能量传输效率。在下面的特定实例中，AWG 以精确的振幅和时间特性调制脉冲激光包络，这有助于激光器输出特定的能量分布。



图 2：AWG5200 - 2 至 8 个通道，采样率高达 10 G次每秒


图 3：AWG70000 - 1 或 2 个通道，采样率高达 50 G次每秒

总之，具有高采样率的泰克 AWG（图 2 和图 3）是功能多样且强大的仪器，可以提高脉冲激光实验的质量和效率，为以前所未有的精度和灵活性创建和操作光脉冲提供了多种可能性。了解有关 AWG 的更多信息及其如何在您进行脉冲激光实验中提供帮助，可以查看AWG 页面https://www.tek.com.cn/products/arbitrary-waveform-generators。