专利摘要
本发明公开了一种基于MZM强度调制的飞秒激光脉冲同步提取装置和方法。通过锁相环产生与飞秒激光脉冲一一对应的同步时钟；在同步时钟上升沿后延时特定时间输出同步提取脉冲，经放大后传输至MZM进行调制，实现光脉冲的同步提取；对提取后的光脉冲进行探测，滤波放大后获得频率为提取脉冲频率的低频信号和频率为飞秒激光重复频率的高频信号，用锁相放大器求得两信号幅值。进行延时扫描，直到低频信号幅值达到最大；进行偏压扫描，直到高频信号幅值降至最低，实现光脉冲泄漏的检测与抑制。本发明解决了传统方法中由于不同步导致的脉冲提取失败和飞秒激光泄漏问题，提高了飞秒激光脉冲提取稳定性，可以广泛应用于光脉冲精密测量技术领域。
权利要求
1.一种基于MZM强度调制的飞秒激光脉冲同步提取装置，其特征在于：
装置包括飞秒激光器(1)、马赫-曾德调制器(2)、光纤分束器(3)、光电探测器(4)、低通滤波器(5)、高通滤波器(6)、低频放大器(7)、高频放大器(8)、第一模数转换器(9)、第二模数转换器(10)、现场可编程逻辑阵列处理器(11)、数模转换器(12)、电脉冲放大器(13)；飞秒激光器(1)输出端连接至马赫-曾德调制器(2)的一个输入端，马赫-曾德调制器(2)的输出端连接至光纤分束器(3)，光纤分束器(3)的两个输出端分为功率比90:10，光纤分束器(3)的功率占比10％的输出端连接至光电探测器(4)的输入端，光电探测器(4)的输出端连接至低通滤波器(5)和高通滤波器(6)的输入端，低通滤波器(5)经低频放大器(7)与第一模数转换器(9)依次级联，高通滤波器(6)经高频放大器(8)与第二模数转换器(10)依次级联，第一模数转换器(9)与第二模数转换器(10)的输出端连接至现场可编程逻辑阵列处理器(11)的两个输入端，现场可编程逻辑阵列处理器(11)的输出端分别连接至电脉冲放大器(13)与数模转换器(12)的输入端，电脉冲放大器(13)与数模转换器(12)的输出端连接至马赫-曾德调制器(2)的另外两个输入端；
飞秒激光器(1)输出的激光输入马赫-曾德调制器(2)中进行强度调制和脉冲同步提取，提取后的飞秒激光脉冲经光纤分束器分为功率比为90:10的两束激光，功率占比为90％的一束激光不作处理，其中功率占比为10％的一束激光照射至光电探测器(4)，光电探测器(4)输出的拍频信号一方面依次经低通滤波器和低频放大器后获得频率与提取脉冲频率相同的低频信号，另一方面同时依次经高通滤波器和高频放大器后获得频率与激光器重复频率相同的高频信号；低频信号与高频信号分别通过第一模数转换器与第二模数转换器后转换为数字低频信号S
2.根据权利要求1所述的一种基于MZM强度调制的飞秒激光脉冲同步提取装置，其特征在于：还包括原子钟(14)，原子钟(14)的输出端连接至飞秒激光器(1)与现场可编程逻辑阵列处理器(11)的一个输入端。
3.根据权利要求1所述的一种基于MZM强度调制的飞秒激光脉冲同步提取装置，其特征在于：所述的现场可编程逻辑阵列处理器(11)内部具体包括同步电脉冲生成器(1101)、偏压控制器(1102)、第二锁相放大器(1103)、第一锁相放大器(1104)、延时控制器(1105)和锁相环(1106)；原子钟(14)的输出端连接至同步电脉冲生成器(1101)的输入端，第一模数转换器(9)与第二模数转换器(10)的输出端分别连接至第一锁相放大器(1104)、第二锁相放大器(1103)的输入端，第一锁相放大器(1104)和第二锁相放大器(1103)的输出端分别连接到延时控制器(1105)、偏压控制器(1102)的输入端，延时控制器(1105)的输出端和锁相环(1106)的输出端一起连接到同步电脉冲生成器(1101)的输入端，同步电脉冲生成器(1101)的输出端和偏压控制器(1102)的输出端分别连接到电脉冲放大器(13)、数模转换器(12)，数模转换器(12)、电脉冲放大器(13)的输出端再连接到马赫-曾德调制器(2)的另外两个输入端。
4.根据权利要求3所述的一种基于MZM强度调制的飞秒激光脉冲同步提取装置，其特征在于：锁相环(1106)将从原子钟(14)输入的参考时钟倍频，产生时钟周期与飞秒激光脉冲对应的频率为f
5.应用于权利要求1-4任一所述装置的一种基于MZM强度调制的飞秒激光脉冲同步提取方法，其特征在于：方法包括如下步骤：
1)通过原子钟(14)向飞秒激光器(1)提供参考时钟，飞秒激光器(1)输出的激光输入马赫-曾德调制器(2)进行强度调制和脉冲同步提取，提取后的飞秒激光脉冲(1)经光纤分束器(3)为功率比为90:10的两束激光，其中仅功率占比为10％的一束激光照射至光电探测器(4)，光电探测器(4)输出的拍频信号经低通滤波器(5)和低频放大器(7)后获得频率与提取脉冲频率相同的低频信号，输出的拍频信号同时经高通滤波器(6)和高频放大器(8)后获得频率与激光器重复频率相同的高频信号，低频信号与高频信号分别通过第一模数转换器与第二模数转换器后转换为数字低频信号S
S
S
其中，A
2)数字低频信号S
2.1)第一锁相放大器(1104)将输入的数字低频信号S
每次延时扫描的最后，从数组中查找幅值最大值记为低频信号最大值A
其中，T
每次延时扫描完成后，实时检测低频信号幅值A
2.2)第二锁相放大器(1103)将输入的数字低频信号S
其中，V
每次延时扫描完成后，实时检测高频信号幅值A
3)在现场可编程逻辑阵列处理器(11)内，锁相环(1106)接收原子钟(14)的参考时钟后，将输入的参考时钟倍频，产生时钟周期与飞秒激光脉冲一一对应的频率为f
f
f
N
其中，N
4)同步脉冲生成器(1101)以高频时钟f
在同步时钟f
N＝f
其中，T
5)偏压控制参数V
说明书
技术领域
本发明属于精密测量技术领域的一种激光脉冲提取装置和方法，特别是一种基于马赫-曾德调制器(MZM)强度调制的飞秒激光脉冲同步提取装置和方法。
背景技术
飞秒激光因具有重复频率可溯源、超高的时间分辨率等优点，在激光干涉精密测量和超快成像技术领域应用广泛。受激光器腔长等因素限制，飞秒激光器输出的飞秒脉冲重复频率通常在数十甚至上百MHz量级以上，为了实现飞秒量级超快成像，通常需要将高重复频率的飞秒激光脉冲进行稀疏提取。基于普克尔斯盒(Pockels)的传统光脉冲提取方法运用电光相位调制原理对激光偏振态进行调制，当偏振态与偏振片相同时，激光透射，反之，激光反射，实现对激光开关控制作用。普克尔斯盒所需的驱动电压高达千伏量级，对电子设备要求高；此外由于振铃效应，开关频率难以提高，通常仅能达到kHz量级光脉冲提取。基于声光调制器(AOM)的光脉冲提取方法通过施加正弦驱动信号产生超声波作用于晶体，使晶体折射率发生周期性变化，形成光栅。激光入射时由于衍射作用，传播角度发生偏转；反之无正弦驱动信号时，光栅消失，激光不发生偏转，即控制激光是否偏转来实现开关控制作用。脉冲提取时，声光调制器需要纳秒量级时间长度的高频正弦驱动信号，对电子设计要求极高。此外，声光调制器容易发热，衍射效率容易受驱动信号质量以及环境影响，导致输出光脉冲功率波动。受限于上升/下降时间，声光调制器难以用于重复频率高于100MHz的飞秒激光脉冲提取。
此外，由于器件的驱动信号与飞秒激光脉冲时间不同步，容易发生脉冲提取失败和泄漏，而传统方法并没有对提取脉冲进行泄漏检测与抑制，这将影响后续超快成像或精密测量效果。
所以，降低驱动信号要求，将驱动信号与光脉冲同步，对提取脉冲进行泄漏检测与抑制都是需要解决的关键技术问题。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明公开了一种基于MZM强度调制的飞秒激光脉冲同步提取方法，解决了飞秒激光脉冲提取中由于驱动信号与飞秒脉冲不同步导致的脉冲提取失败和泄漏问题，提高了飞秒激光脉冲提取稳定性，能广泛应用于光脉冲精密测量技术领域。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一、一种基于MZM强度调制的飞秒激光脉冲同步提取装置：
装置包括飞秒激光器、马赫-曾德调制器、光纤分束器、光电探测器、低通滤波器、高通滤波器、低频放大器、高频放大器、第一模数转换器、第二模数转换器、现场可编程逻辑阵列处理器、数模转换器、电脉冲放大器；飞秒激光器输出端连接至马赫-曾德调制器的一个输入端，马赫-曾德调制器的输出端连接至光纤分束器，光纤分束器的两个输出端分为功率比90:10，光纤分束器的功率占比10％的输出端连接至光电探测器的输入端，光电探测器的输出端连接至低通滤波器和高通滤波器的输入端，低通滤波器经低频放大器与第一模数转换器依次级联，高通滤波器经高频放大器与第二模数转换器依次级联，第一模数转换器与第二模数转换器的输出端连接至现场可编程逻辑阵列处理器的两个输入端，现场可编程逻辑阵列处理器的输出端分别连接至电脉冲放大器与数模转换器的输入端，电脉冲放大器与数模转换器的输出端连接至马赫-曾德调制器的另外两个输入端。
还包括原子钟，原子钟的输出端连接至飞秒激光器与现场可编程逻辑阵列处理器的一个输入端。
飞秒激光器输出的激光输入马赫-曾德调制器MZM2中进行强度调制和脉冲同步提取，提取后的飞秒激光脉冲经光纤分束器分为功率比为90:10的两束激光，功率占比为90％的一束激光不作处理，其中功率占比为10％的一束激光照射至光电探测器，光电探测器输出的拍频信号一方面依次经低通滤波器和低频放大器后获得频率与提取脉冲频率相同的低频信号，另一方面同时依次经高通滤波器和高频放大器后获得频率与激光器重复频率相同的高频信号；低频信号与高频信号分别通过第一模数转换器与第二模数转换器后转换为数字低频信号S1与数字高频信号S2，并输入到现场可编程逻辑阵列处理器，现场可编程逻辑阵列处理器处理输出同步电脉冲信号Ep经电脉冲放大器后对马赫-曾德调制器MZM2进行强度调制，现场可编程逻辑阵列处理器同时处理输出偏压补偿信号Vb经数模转换器后对马赫-曾德调制器MZM2进行偏压控制。
所述的现场可编程逻辑阵列处理器内部具体包括同步电脉冲生成器、偏压控制器、第二锁相放大器、第一锁相放大器、延时控制器和锁相环；原子钟的输出端连接至同步电脉冲生成器的输入端，第一模数转换器与第二模数转换器的输出端分别连接至第一锁相放大器、第二锁相放大器的输入端，第一锁相放大器和第二锁相放大器的输出端分别连接到延时控制器、偏压控制器的输入端，延时控制器的输出端和锁相环的输出端一起连接到同步电脉冲生成器的输入端，同步电脉冲生成器的输出端和偏压控制器的输出端分别连接到电脉冲放大器、数模转换器，数模转换器、电脉冲放大器的输出端再连接到马赫-曾德调制器的另外两个输入端。
锁相环将从原子钟输入的参考时钟倍频，产生时钟周期与飞秒激光脉冲对应的频率为fp的同步时钟和频率为fe的高频时钟，传输至同步脉冲生成器；第一锁相放大器将从第一模数转换器输入的数字低频信号S1进行正交解调获得低频信号幅值A1，低频信号幅值A1输入延时控制器，延时控制器进行延时扫描查找使得低频信号幅值A1达到最大时的延时控制变量Td并传输至同步脉冲生成器；同步脉冲生成器以频率为fe的高频时钟为工作时钟，在频率为fp的同步时钟的上升沿后延时Td个高频时钟fe的周期再输出同步电脉冲信号Ep至电脉冲放大器，Tg个高频时钟fe的周期内信号值为1，其余时间的信号值为0；
第二锁相放大器将从第二模数转换器输入的数字高频信号S2进行正交解调获得高频信号幅值A2，高信号幅值A2输入偏压控制器，偏压控制器进行偏压扫描使得高频信号幅值A2降至最低后输出偏压控制信号Vb至数模转换器。
二、一种基于MZM强度调制的飞秒激光脉冲同步提取方法：
1)通过原子钟向飞秒激光器提供参考时钟，飞秒激光器输出的激光输入马赫-曾德调制器进行强度调制和脉冲同步提取，提取后的飞秒激光脉冲经光纤分束器为功率比为90:10的两束激光，其中仅功率占比为10％的一束激光照射至光电探测器，光电探测器输出的拍频信号经低通滤波器和低频放大器后获得频率与提取脉冲频率相同的低频信号，输出的拍频信号同时经高通滤波器和高频放大器后获得频率与激光器重复频率相同的高频信号，低频信号与高频信号分别通过第一模数转换器与第二模数转换器后转换为数字低频信号S1与数字高频信号S2，公式如下：
S1＝A1sin(2πfpt)
S2＝A2sin(2πfrt)
其中，A1与A2分别表示数字低频信号S1与数字高频信号S2的幅值，f1与f2分别表示数字低频信号S1与数字高频信号S2的频率；
2)数字低频信号S1与数字高频信号S2分别输入到现场可编程逻辑阵列处理器的第一锁相放大器、第二锁相放大器中：
2.1)第一锁相放大器将输入的数字低频信号S1进行正交解调获得低频信号幅值A1，低频信号幅值A1输入延时控制器，延时控制器进行延时扫描，将延时控制参数Td从零逐步增加至N-1，步进值为1，记录增加后对应的低频信号幅值A1至数组{A1(0),A1(1),A1(2)……,A1(N-1)}中；
每次延时扫描的最后，从数组中查找幅值最大值记为低频信号最大值A1max，对应的延时控制参数记为Tmax，将延时控制参数Td设置为Tmax，输出延时控制参数Td至同步脉冲生成器，公式如下：
其中，Tmax表示最佳延时控制参数，Tmax初始值为零，在延时扫描后等于使得低频信号到达最大值A1max时对应的延时控制参数；
每次延时扫描完成后，实时检测低频信号幅值A1与低频信号最大值A1max的比例，当A1/A1max<0.95时，重新进行一次延时扫描，否则进行下一步；
2.2)第二锁相放大器将输入的数字低频信号S2进行正交解调获得高频信号幅值A2，高频信号幅值A2输入偏压控制器，偏压控制器进行偏压扫描，将偏压控制参数Vb从-1V逐步增加至+1V，步进值为0.01V，记录增加后对应的高频信号幅值A2至数组{A2(0),A2(1),A2(2)……,A2(199)}中；每次偏压扫描的最后，从数组中查找幅值最小值记为高频信号最小值A2min，对应的电压记为Vmin，将偏压控制参数Vb设置为Vmin，输出偏压控制参数Vb输出至数模转换器，公式如下：
其中，Vmin表示最佳偏压控制参数，Vmin初始值为零，在偏压扫描后等于使得高频信号到达最小值A2min时对应的偏压值；
每次延时扫描完成后，实时检测高频信号幅值A2与最小值A2min的比例，当A2/A2min>1.05时，重新进行一次偏压扫描，否则进行下一步；
3)在现场可编程逻辑阵列处理器内，锁相环接收原子钟的参考时钟后，将输入的参考时钟倍频，产生时钟周期与飞秒激光脉冲一一对应的频率为fp(等于飞秒激光的重复频率)的同步时钟和频率为fe的高频时钟并发送到同步脉冲生成器，与原子钟的参考时钟频率fr的关系如下：
fp＝N1fr
fe＝N2fr
N2＝5N1
其中，N1与N2表示倍频系数，N1和N2分别表示同步时钟和高频时钟的倍频系数，均为正整数；
4)同步脉冲生成器以高频时钟fe为工作时钟，初始化离散时间k为0，k表示离散时间(时间间隔为1/fe，k＝0,1,2,3……，在每个高频时钟fe的上升沿k加1，在第一个同步时钟fp的上升沿时k等于初始值0；
在同步时钟fp的上升沿后延时Td个高频时钟fe的周期后，同步电脉冲信号Ep从0跳变至1并持续Tg个高频时钟fe的周期，然后从1恢复至0，完成单个同步电脉冲的生成，公式如下：
N＝fe/fp
其中，Td表示延时的高频时钟fe的时钟周期数，Tg表示每个电脉冲持续的高频时钟fe的时钟周期数，N飞秒激光脉冲时间间隔数，M表示飞秒激光脉冲提取系数(即每M个脉冲提取一个脉冲，M≥2)，仅本公式中的％表示取余数运算；
同步电脉冲信号Ep等于1(对应高电平)表示提取飞秒激光脉冲，等于0(对应低电平)表示不提取飞秒激光脉冲，且默认值为0。
5)偏压控制参数Vb输入到数模转换器经转换后再输入到到马赫-曾德调制器进行偏压控制，同步电脉冲信号Ep输入到电脉冲放大器后经放大再输入到马赫-曾德调制器进行强度调制，反馈实时控制对飞秒激光器输出激光的强度调制和脉冲同步提取。
与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：
(1)本发明通过锁相环产生时钟周期与飞秒激光脉冲一一对应的同步时钟，对同步时钟进行延时匹配后再产生与飞秒脉冲完全同步的脉冲驱动信号进行同步提取，解决了不同步容易导致的飞秒激光脉冲提取失败的问题，提高了飞秒激光脉冲提取稳定性；
(2)本发明提出一种飞秒激光脉冲提取质量的检测方法，对提取后的激光脉冲进行探测，分析其中频率与提取脉冲频率相同的低频正弦信号幅值和频率与飞秒激光器重复频率相同的高频正弦信号幅值，通过对这两个幅值的大小判断飞秒激光脉冲是否提取成功以及是否存在提取泄漏，并通过延时匹配与偏压控制的方式对其进行抑制；
(3)本发明采用MZM强度调制实现飞秒激光脉冲提取，所需的驱动信号为幅值不超过5V的电脉冲信号，降低了对应电子系统的复杂程度。
(4)本发明采用的MZM强度调制，上升/下降时间极低，可以实现对重复频率高达100MHz及以上的飞秒激光脉冲的脉冲稀疏和提取。
附图说明
图1是基于MZM强度调制的飞秒激光脉冲同步提取装置应用实例示意图。
图2是马赫-曾德调制器(MZM)进行飞秒激光脉冲提取的原理示意图。
图3是飞秒激光脉冲提取时飞秒激光泄漏的示意图。
图4是现场可编程逻辑阵列处理器(FPGA)内的信号处理方法框图。
图5是同步提取电脉冲信号生成与飞秒激光脉冲同步提取的示意图。
图中：1、飞秒激光器，2、马赫-曾德调制器(MZM)，3、光纤分束器，4、光电探测器，5、低通滤波器，6、高通滤波器，7、低频放大器，8、高频放大器，9、第一模数转换器，10、第二模数转换器，11、现场可编程逻辑阵列处理器(FPGA)，12、数模转换器，13、电脉冲放大器，14、原子钟。
1101、同步电脉冲生成器，1102、偏压控制器，1103、第二锁相放大器，1104、第一锁相放大器，1105、延时控制器，1106、锁相环。
具体实施方式
下面结合附图对本发明加以详细说明，具体实施如下：
如图1所示为本发明的光脉冲同步提取装置应用实例示意图，装置包括飞秒激光器1、马赫-曾德调制器2、光纤分束器3、光电探测器4、低通滤波器5、高通滤波器6、低频放大器7、高频放大器8、第一模数转换器9、第二模数转换器10、现场可编程逻辑阵列处理器11、数模转换器12、电脉冲放大器13、原子钟14；
飞秒激光器1输出端连接至马赫-曾德调制器2的一个输入端，马赫-曾德调制器2的输出端连接至光纤分束器3，光纤分束器3的两个输出端分为功率比90:10，光纤分束器3的功率占比10％的输出端连接至光电探测器4的输入端，光电探测器4的输出端连接至低通滤波器5和高通滤波器6的输入端，低通滤波器5经低频放大器7与第一模数转换器9依次级联，高通滤波器6经高频放大器8与第二模数转换器10依次级联，第一模数转换器9与第二模数转换器10的输出端连接至现场可编程逻辑阵列处理器11的两个输入端，现场可编程逻辑阵列处理器11的输出端分别连接至电脉冲放大器13与数模转换器12的输入端，电脉冲放大器13与数模转换器12的输出端连接至马赫-曾德调制器2的另外两个输入端。
原子钟14的输出端连接至飞秒激光器1与现场可编程逻辑阵列处理器11的一个输入端。原子钟14为飞秒激光器1和现场可编程逻辑阵列处理器FPGA提供精准的频率为fr的参考时钟。
在实例中，原子钟14参考时钟频率fr＝10MHz，飞秒激光器1的重复频率等于100MHz；在现场可编程逻辑阵列处理器FPGA11中，倍频系数N1＝10，N2＝50,同步时钟的频率fp＝100MHz，高频时钟的频率fe＝500MHz，飞秒激光提取系数M＝4即每4个脉冲提取一个脉冲，每个电脉冲信号高电平持续高频时钟fe周期数Tg＝2；光电探测器4的带宽为120MHz，低通滤波器5的截止频率为60MHz，高通滤波器6的截止频率为90MHz，第一模数转换器9与第二模数转换器10的采样频率为500MHz。
飞秒激光器1输出的激光输入马赫-曾德调制器(MZM)2进行光脉冲同步提取。提取后的光脉冲经光纤分束器3分为功率比为90:10的两束激光，其中功率比例为10％的激光照射至光电探测器4。马赫-曾德调制器(MZM)2输出的光脉冲中包含了提取后的光脉冲以及泄漏的飞秒激光器光脉冲，其中提取的光脉冲为低频光脉冲，照射至光电探测器4后可产生频率与提取脉冲频率相同的低频信号，泄漏的光脉冲为飞秒激光器的高频光脉冲，照射至光电探测器4后可产生频率与飞秒激光器重复频率相同的高频信号。则通过探测器4所得信号中高低频信号的幅值，即可判断光脉冲是否成功提取，是否存在泄漏。进一步，经低通滤波器5和低频放大器7后获得等于提取频率低频信号，输出的拍频信号同时经高通滤波器6和高频放大器8后获得等于飞秒激光器重复频率的高频信号。低频信号与高频信号分别通过第一模数转换器9与第二模数转换器10后转换为数字低频信号S1与数字高频信号S2，进入现场可编程逻辑阵列处理器11，信号S1与S2表示为下列公式：
S1＝A1sin(2πfpt) (1)
S2＝A2sin(2πfrt) (2)
其中，f1＝fp/M＝25MHz与f2＝fp＝100MHz分别表示低频信号与高频信号的频率，A1与A2分别表示低频信号与高频信号的幅值；A1的大小用于检测飞秒激光脉冲的提取质量以及脉冲驱动信号的延时是否与飞秒激光匹配，A2的大小可以用
现场可编程逻辑阵列处理器11输出的同步电脉冲信号Ep经电脉冲放大器13后对马赫-曾德调制器(MZM)2进行调制，同时输出偏压补偿信号Vb经数模转换器12后对对马赫-曾德调制器(MZM)2进行偏压控制，实现光脉冲同步提取。
如图2所示为马赫-曾德调制器(MZM)2进行飞秒激光脉冲提取的原理示意图。其中Vπ为马赫-曾德调制器(MZM)2的半波电压。马赫-曾德调制器(MZM)2的调制传输函数表示驱动电压大小与激光功率衰减程度的关系(强度调制)。理想情况下，同步电脉冲信号Ep等于1(高电平Vπ)时，马赫-曾德调制器(MZM)2对输入的飞秒激光脉冲无衰减，即允许飞秒激光脉冲通过；当同步电脉冲信号Ep等于0(低电平0V)时，马赫-曾德调制器(MZM)2将输入的飞秒激光脉冲完全衰减，即将不需提取的飞秒激光脉冲完全剔除。在同步电脉冲信号Ep控制下，实现周期性的提取飞秒激光脉冲，每次提取一个。如图3所示为飞秒激光脉冲提取中飞秒激光泄漏的示意图。在实际中，受环境稳定等因素的影响，马赫-曾德调制器(MZM)2的调制传输函数会有一定程度的漂移。此时，同步电脉冲信号Ep等于1(高电平Vπ)时，马赫-曾德调制器(MZM)2对输入的飞秒激光脉冲也有了一定的衰减，降低了所提取飞秒激光脉冲的功率；当同步电脉冲信号Ep等于0(低电平0V)时，马赫-曾德调制器(MZM)2对输入的飞秒激光脉冲无法完全衰减，导致不需提取的飞秒激光脉冲泄漏在所需要提取的飞秒激光脉冲中。降低了飞秒激光脉冲提取质量。
图4即对图1中的现场可编程门阵列信号处理器(FPGA)11内信号处理方法的进一步说明，现场可编程逻辑阵列处理器11内部具体包括同步电脉冲生成器1101、偏压控制器1102、第二锁相放大器1103、第一锁相放大器1104、延时控制器1105和锁相环1106；原子钟14的输出端连接至同步电脉冲生成器1101的输入端，第一模数转换器9与第二模数转换器10的输出端分别连接至第一锁相放大器1104、第二锁相放大器1103的输入端，第一锁相放大器1104和第二锁相放大器1103的输出端分别连接到延时控制器1105、偏压控制器1102的输入端，延时控制器1105的输出端和锁相环1106的输出端一起连接到同步电脉冲生成器1101的输入端，同步电脉冲生成器1101的输出端和偏压控制器1102的输出端分别连接到电脉冲放大器13、数模转换器12，数模转换器12、电脉冲放大器13的输出端再连接到马赫-曾德调制器2的另外两个输入端。
首先，锁相环1106将原子钟14输入的参考时钟(fr)倍频，产生时钟周期与飞秒激光器的光脉冲一一对应的频率为fp的同步时钟以及频率为fe的高频时钟，与参考时钟的频率关系如下：
fp＝N1fr(3)
fe＝N2fr(4)
其中，N1与N2表示倍频系数(N2＝5N1，N1为正整数)；
同步脉冲生成器1101以高频时钟(fe)为工作时钟，k＝0,1,2,3……表示离散时间(时间间隔为1/fe)，在每个高频时钟(fe)上升沿，k加1，(在第一个同步时钟(fp)的上升沿时，k等于初始值0)；同步电脉冲信号Ep等于1(对应高电平)表示提取飞秒激光脉冲，等于0(对应低电平)表示不提取飞秒激光脉冲，并且默认值为0；在同步时钟(fp)的上升沿后延时Td个高频时钟周期(fe)后，同步电脉冲信号Ep从0跳变至1，并持续Tg个高频时钟(fe)周期，然后从1恢复至0，完成单个同步电脉冲的生成，公式如下：
其中，Td表示延时的高频时钟(fe)时钟周期数，Tg表示每个电脉冲持续的高频时钟(fe)周期数，N＝fe/fp飞秒激光脉冲时间间隔数，M表示飞秒激光提取系数(即每M个脉冲提取一个脉冲，M≥2)，％表示取余数运算。
如图5所示为通过公式5生成同步电脉冲信号Ep进行飞秒激光脉冲同步提取过程的进一步说明。如图5(a)所示，当电脉冲信号与飞秒激光脉冲不同步时，电脉冲与飞秒激光脉冲之间不存在确定时间关系，容易导致电脉冲高电平的捕获时间段内恰好没有飞秒激光脉冲，导致提取失败。如图5(b)所示，锁相环1106所生产的频率为fp同步时钟与飞秒激光脉冲一一对应；但由于线路传输延时，每个同步时钟的上升沿与对应飞秒激光脉冲间存在一个延时，这个延时可以通过延时控制器1105求得延时控制变量Td来补偿。以在离散时间k为基准，从每M个飞秒激光脉冲提取一个等效于每MN时间内提取一个飞秒激光脉冲。结合公式(5)，在同步时钟的上升沿延时Td后产生一个宽度为Tg的电脉冲，可以通过比较每MN时间内的时间余数k％(MN)与Td和Td+Tg的大小来实现；时间余数k％(MN)刚好大于Td时，电脉冲从0跳变至1(即同步电脉冲信号上升沿)，等待Tg时间后，时间余数k％(MN)刚好大于Td+Tg时，电脉冲从1恢复至0(即同步电脉冲信号下降升沿)，最终通过公式5生成同步电脉冲信号Ep波形可表示为图5(c)。通过同步电脉冲信号Ep对飞秒激光脉冲的同步提取，可表示为图5(d)，其中实心的部分为提取的飞秒激光脉冲，空心的部分为剔除的飞秒激光脉冲。
图4中，第一锁相放大器1104将输入的数字低频信号S1进行正交解调获得低频信号幅值A1，具体过程包括与频率为f1参考正交信号相乘、低通滤波、平方和、开根号运算，公式可表示如下：
其中LPF[]表示低通滤波运算，sin(2πf1t)与cos(2πf1t)为频率为f1的参考正交信号。
低频信号幅值A1输入延时控制器1105。延时控制器1105进行延时扫描，Td从零逐步增加至N-1，步进值为1，每次步进后等待1秒再记录对应的低频信号幅值A1至数组{A1(0),A1(1),A1(2)……,A1(N-1)}中，然后再对Td进行加1操作。延时扫描完成后，从该数组中查找最大值并记为A1max，并将对应的延时控制参数记为Tmax。将延时控制变量Td设置为Tmax并输出至同步脉冲生成器1101，公式如下：
其中，Tmax表示最佳延时控制参数，Tmax初始值为零，在延时扫描后等于使得低频信号到达最大值A1max时对应的延时控制参数；
每次完成延时扫描后，检测低频信号幅值A1与最大值A1max的比例，当A1/A1max<0.95时，重新进行延时扫描。更新后，延时控制器1105输出新的延时控制变量Td至同步脉冲生成器1101。
第二锁相放大器1103将输入的数字高频信号S2进行正交解调获得高频信号幅值A2，具体过程包括与频率为f2参考正交信号相乘、低通滤波、平方和、开根号运算，公式可表示如下：
其中LPF[]表示低通滤波运算，sin(2πf2t)与cos(2πf2t)为频率为f2的参考正交信号。
高频信号幅值A2输入偏压控制器1102，偏压控制器1102进行偏压扫描，Vb从-1V逐步增加至+1V，步进值为0.01V,每次步进后等待0.1秒再记录对应高频信号幅值A2至数组{A2(0),A2(1),A2(2)……,A2(199)}中，从该数组中查找幅值最小值记为A2min，对应的电压记为Vmin，将偏压控制信号Vb设置为Vmin，并输出至数模转换器12，公式如下：
其中，Vmin表示最佳偏压控制参数，Vmin初始值为零，在偏压扫描后等于使得高频信号到达最小值A2min时对应的偏压值；
每次完成延时扫描后，检测高频信号幅值A2与最小值A2min的比例，当A2/A2min>1.05时，重新启动偏压扫描。
综合来说，本发明解决了传统方法中由于不同步导致飞秒激光脉冲提取失败以及泄漏问题，提高了飞秒激光脉冲提取稳定性，采用马赫-曾德调制器(MZM)进行光脉冲提取，所需的驱动信号通过简单的电脉冲信号进行放大即可获得，降低了对应电子系统的复杂程度，同时，马赫-曾德调制器(MZM)上升/下降时间极低，可以实现高频的光脉冲捕获，可用于重复频率高达100MHz及以上的飞秒激光器的光脉冲提取，可以广泛应用于激光干涉精密测量和超快成像技术领域。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
基于MZM强度调制的飞秒激光脉冲同步提取装置和方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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