任意波形发生器（ AWG ）在
高能激光器中的应用解决方案

方案背景

随着激光科技的发展，激光强度已达到相对论效应在激光与物质相互作用中占主导地位的水平。高能激光器作为脉冲激光器的一种，能够发射高脉冲能量（通常 ≥100 mJ）的光脉冲。高能激光器的应用正跨越基础物理与科研、材料科学、航空航天与国防以及生命科学等多个学科，这些前沿实验对信号的快速上升时间、高幅度和低抖动提出了极高要求。
应用

基础物理与科研

高能激光器是实现惯性约束聚变（ICF）的关键工具。以国家点火装置 (NIF) 为例，它通过施加持续时间仅数皮秒的多兆焦耳激光脉冲，在极短时间内产生极高温度和压力，成功实现兆焦耳级的聚变能量输出。主要用于研究基于激光点火的核聚变能源反应堆。

应用

材料科学

高能激光器尤其是飞秒激光，可实现高精度、无热损伤的材料加工。在玻璃、金属和聚合物上，它能进行精确的钻孔、切割、铣削和打标。对于聚合物等热敏感材料，其极短脉冲有效避免了热影响区（HAZ）和碳化，提高加工质量。

应用

航空航天与国防

高能激光器用于远距离遥感和分析。通过提供足够高的脉冲能量，它可实现激光雷达 (LiDAR) 的远距离探测、高分辨率成像，以及基于激光诱导击穿光谱 (LIBS) 的化学成分分析。此外，它也应用于高功率微波产生等国防领域。

应用

生命科学与高场物理

在医疗领域，高能量激光脉冲用于皮肤科治疗，可快速处理相对较大的皮肤区域。在基础物理中，极高功率的飞秒脉冲用于高次谐波产生硬紫外光或 X 射线，并支持高场物理实验，产生太瓦至拍瓦级别的峰值功率。

AWG 在高能激光系统中的核心价值

方案简介

德思特任意波形发生器（AWG）是精确控制高能激光器运行的关键核心工具。它通过生成精确、高速的电信号，对激光系统中的声光调制器（AOM）和电光调制器（EOM）进行驱动和控制，实现对激光脉冲形状、持续时间、重复率及同步性的微秒级到皮秒级的精确调控。

AWG的主要功能定位

  • 精确调制与整形：为 Q 开关、突发模式等提供复杂的波形图案，实现精确的时域整形和包络控制。
  • 高速驱动与高幅度输出：直接驱动带宽高达 GHz 级别的 EOM 等高速调制器，无需外部放大器。
  • 极低抖动同步：提供皮秒级（RMS<5 ps ）的极低抖动触发，确保激光系统各组件的精确同步。

AWG 在典型高能激光系统中的应用

调 Q 激光器中的应用：精准能量释放

调 Q 激光器通过控制谐振腔的损耗实现能量的积累和快速释放，产生纳秒量级的高能短脉冲。
  • 应用案例：Arb Rider AWG-4000 系列用于驱动声光调制器（AOM）实现 Q 开关。
  • AWG 作用：
    • 提供精确、高幅度（最高 12 Vpp）的射频（RF）信号。
    • 实现快速数字开关，控制 AOM 高效调 Q 所需的射频功率。
    • 利用任意波形特性生成复杂波形图案，精确控制 Q 开关行为。

调Q激光器 | TS-AWG4000 用于生成声光调制器的信号

主振荡-功率放大（MOPA）系统中的应用：
脉冲整形与放大

MOPA 系统利用小型精确的激光振荡器产生信号，再通过多级放大器实现高功率输出，同时保持优异的光束质量和脉冲控制。
  • ANL AWG 激光系统：专为 OPCPA 泵浦、等离子体和冲击物理研究设计的高能 Nd:YAG 激光器。
  • AWG 作用：
    • 由 AWG 驱动电光调制器（EOM），在系统前端对连续波（CW）信号进行时域整形，输出所需形状和持续时间（最高 500 ns，分辨率 125 ps）的脉冲。

主振荡-功率放大 | TS-AWG7000 低抖动模式用于 ANL AWG 激光系统

突发模式激光器中的应用：高重复率与可调谐性

突发模式激光器以较低重复频率产生一连串紧密间隔的短脉冲，兼具高重复率和高峰值功率，适用于高功率微波产生、材料加工等。
  • 复杂集成系统案例：高能量、高峰值功率的全光纤突发模式激光系统（如 13.3 mJ，GHz 突发）。
  • AWG 作用：
    • 高重复率调制：TS-AWG-7000/5000 直接驱动高速 EOM（5−10 GHz 带宽），输出高达 5 Vpp、50 ps 上升/下降时间的高速信号，实现 GHz 级脉冲调制。
    • 二次预补偿调制：TS-AWG-5000/4000 控制低速 AOM（带宽< 200 MHz），实现脉冲预补偿整形以对抗增益饱和，并抑制放大自发辐射（ASE）。
    • 系统同步：为 EOM 驱动波形提供与激光脉冲同步的触发信号（极低抖动），确保整个系统各部分的精确协调。

预补偿过程中的脉冲形状

突发模式激光系统

使用TS-AWG7000系列产生的脉冲

方案优势

超低抖动同步

TS-AWG5000/7000系列具有“低抖动触发模式”，抖动可降至小于 5 ps。确保外部触发与输出波形的精确同步，对核聚变等大型实验至关重要。

高速高频输出

TS-AWG7000/5000 可生成高达 10 GHz的信号，上升/下降时间快至50 ps。直接驱动 GHz 级 EOM，实现皮秒至纳秒级脉冲宽度的最宽调谐。

高幅度输出

TS-AWG7000/5000 可输出高达5 Vpp脉冲，TS-AWG4000 可达12 Vpp。直接驱动EOM 和 AOM 等调制器，通常无需额外外部放大器。

任意波形生成

“任意” 特性使其能生成复杂的波形图案。实现精确的时域整形（如 ANL 系统）和增益预补偿（如突发模式激光器），对抗增益饱和效应，获得近似均匀的包络。

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