CN100374951C - 用于双包层光纤激光器的声光调q方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于双包层光纤激光器的声光调Q方法及其装置，该方法是将双包层光纤激光器的石英光纤直接作为声光介质，在其中形成声波驻波场或行波场，产生位相光栅，振荡激光在位相光栅的作用下发生衍射，使传输方向发生偏折，成为泄露波，阻止振荡激光的形成，则光纤激光器处于低Q值状态；声波场消失，光纤激光器处于高Q值状态。本发明的装置，包括射频激励超声换能器、声传播介质和声反射界面或声吸收体；声传播介质置于频激励超声换能器和声反射界面或声吸收体之间；被调Q激光器的双包层光纤置于声传播介质中。本发明的优点是，直接将声光Q开关在双包层光纤上实现，减小了传统技术带来的插入损耗。

Description

用于双包层光纤激光器的声光调Q方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种用于双包层光纤激光器的声光调Q方法及其装置，属于激光技术领域。
背景技术
普通声光Q开关的工作原理是：换能器将射频输入能量转换为超声波，超声波在声光介质(对1μm激光，熔融石英是声光介质的一种)中传播(可以是行波场也可以在对面介质表面反射形成驻波场)，由于声光介质的声光效应，声波场的周期性强弱分布引起了光学介质的折射率的周期性分布，从而对其中传输的光形成一位相光栅，使一部分光的传播方向产生改变。对于振荡激光来说，就成为损耗。只要这个损耗足够大(即谐振腔的品质因数Q值足够小)就能阻止此时的振荡激光形成。当突然撤除射频输入能量，没有超声波产生，声光介质中的位相光栅消失，谐振腔的品质因数Q值突然升高，振荡激光产生一个调Q脉冲输出。
现在通用的双包层光纤激光器调Q方法是沿用传统调Q开关，将光纤中的振荡激光准直后通过声光Q开关，然后再耦合回光纤中去。因此插入损耗很大，一般大于2dB。至今，还没有出现直接用于双包层光纤激光器的，无需将光纤激光准直、耦合的调Q方法与装置。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于双包层光纤激光器的声光调Q方法及其装置，以克服已有技术的缺点，直接将声光Q开关在双包层光纤上实现，大大减小传统技术带来的插入损耗。
本发明提出的用于双包层光纤激光器的声光调Q方法，将双包层光纤激光器的石英光纤直接作为声光介质，在双包层光纤中形成声波驻波场或行波场，这将使光纤中石英的折射率产生相应的周期性变化，形成位相光栅，在增益纤芯中传播的振荡激光在位相光栅的作用下将发生衍射，使传输方向发生偏折，脱离增益纤芯的波导束缚，成为泄漏波，该泄漏波等效为波导传输损耗，阻止振荡激光的形成，则光纤激光器处于低Q值状态；声波场消失，光纤中的位相光栅随即消失，光纤激光器处于高Q值状态。
本发明提出的用于双包层光纤激光器的声光调Q装置，包括射频激励超声换能器、声传播介质和声反射界面或声吸收体；所述的声传播介质置于频激励超声换能器和声反射界面或声吸收体之间；被调Q激光器的双包层光纤置于声传播介质中。
上述装置还可包括声匹配胶；所述的声匹配胶置于声传播介质中，被调Q激光器的双包层光纤置于声匹配胶中。
上述装置中所述的双包层光纤可以是直线的，也可以是弯曲的，其弯曲的曲率半径接近光纤的最小曲率半径。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出效果：
本发明提出的用于双包层光纤激光器的声光调Q方法及其装置，与现有的技术相比无需将激光由双包层光纤中输出、准直、耦合入声光Q开关，而是直接将声光Q开关在双包层光纤上实现，因此大大减小了传统技术带来的插入损耗。
光纤激光器的增益是非常高的，如果只靠增加损耗要阻止振荡激光的形成必须提供很大的损耗。本项发明将双包层光纤激光器的光纤直接作为声光介质，使声光Q开关在关断时，将一部分的双包层光纤激光器中的振荡激光脱离双包层光纤的增益纤芯，进入泵浦包层传输，在大大降低此时双包层光纤激光器中这部分激光所能获取的增益的同时增加这部分激光的波导传输损耗，从而阻止此时的振荡激光形成。如果能将作为声光介质的双包层光纤预先弯曲成接近其最小曲率半径的曲线还可以提高本声光调Q方法的开通/关断消光比。
而当本声光Q开关开通时，光纤中的振荡激光仍然满足全内反射条件，无附加插入损耗地通过本发明所述的声光Q开关。
附图说明
图1为本发明所涉及的双包层光纤的结构示意图。
图2为本发明提供的用于双包层光纤激光器的声光调Q方法的原理示意图。
图3为本发明提供的用于双包层光纤激光器的声光Q开关装置的第一种实施例的结构示意图。
图4为本发明提供的的第二种实施例的结构示意图。
图5为本发明提供的的第三种实施例的结构示意图。
图6为本发明提供的的第四种实施例的结构示意图。
图1～图6中，1是增益纤芯，2是泵浦包层，3是外包层，4是振荡激光，5是泵浦光，6是位相光栅，7是泄漏波，8是射频激励超声换能器，9是声反射界面或声吸收体，10是声传播介质，11是声匹配胶，12是双包层光纤。
具体实施方式
本发明提出的用于双包层光纤激光器的声光调Q方法，其原理如图2所示。将双包层光纤激光器的石英光纤(其结构如图1所示)直接作为声光介质，在双包层光纤中形成声波驻波场或行波场，这将使光纤中石英的折射率产生相应的周期性变化，形成位相光栅(6)，在增益纤芯(1)中传播的振荡激光(4)在位相光栅(6)的作用下将发生衍射，使传输方向发生偏折，脱离增益纤芯(1)的波导束缚，成为泄漏波(7)，该泄漏波(7)等效为波导传输损耗，阻止振荡激光(4)的形成，则光纤激光器处于低Q值状态；声波场消失，光纤中的位相光栅(6)随即消失，光纤激光器处于高Q值状态。
本发明提出的用于双包层光纤激光器的声光调Q装置，其结构如图3所示，包括射频激励超声换能器(8)、声传播介质(10)和与声反射界面或声吸收体(9)；所述的声传播介质(10)置于频激励超声换能器(8)和声反射界面或声吸收体(9)之间；被调Q激光器的双包层光纤(12)置于声传播介质(10)中。
上述装置还可包括声匹配胶(11)，如图4和图6所示，声匹配胶(11)置于声传播介质(10)中，被调Q激光器的双包层光纤(12)置于声匹配胶(11)中。
上述装置中所述的双包层光纤可以是直线的，如图5和图6所示，也可以是弯曲的，如图3和图4所示，其弯曲的曲率半径接近光纤的最小曲率半径。
以下结合附图，介绍本发明的工作原理：
双包层光纤激光器的光纤结构由增益纤芯(1)、泵浦包层(2)和外包层(3)组成(如图1所示)，振荡激光(4)在增益纤芯(1)中传输，泵浦光(5)在泵浦包层(2)中传输。虽然双包层光纤的泵浦包层(2)数值孔径很大，但其增益纤芯(1)的数值孔径却很小，只要使一部分的双包层光纤激光器中的振荡激光(4)脱离双包层光纤的增益纤芯(1)，进入泵浦包层(2)传输，就能大大降低此时双包层光纤激光器中这部分激光所能获取的增益，增加这部分激光的波导传输损耗，阻止此时的振荡激光的形成。
本发明将双包层光纤激光器的石英光纤直接作为声光介质，在双包层光纤中形成声波驻波场或行波场，这将使光纤中石英的折射率产生相应的周期性变化，形成位相光栅(6)。在增益纤芯(1)中传播的振荡激光(4)在位相光栅(6)的作用下将发生衍射，使传输方向发生偏折，脱离增益纤芯(1)的波导束缚，成为泄漏波(7)。这将大大降低双包层光纤的增益，或者等效为一种波导传输损耗，阻止此时的振荡激光(4)的形成，此时光纤激光器处于低Q值状态；当声波场消失，光纤中的位相光栅(6)也将随即消失，光纤中的振荡激光无损耗地通过，此时光纤激光器处于高Q值状态。以一定重复频率和占空比产生和撤除声波场，即可实现双包层光纤激光器的声光调Q。
在本发明所述方法中，根据声光调Q方法的开通/关断消光比要求，双包层光纤可以以直线或曲线穿过声波场。
本发明还提供了一种用于双包层光纤激光器的声光Q开关装置，该声光Q开关装置含有由射频激励超声换能器(8)与声反射界面或声吸收体(9)组成的超声谐振腔，在两者之间，用声传播介质(10)或者声传播介质(10)与填充在声场内双包层光纤周围的声匹配胶(11)的组合体固化了双包层光纤(12)。作为声光介质的双包层光纤以直线或曲线穿过其中。

Claims (4)

1.一种用于双包层光纤激光器的声光调Q方法，其特征在于，将双包层光纤激光器的石英光纤直接作为声光介质，在双包层光纤中形成声波驻波场或行波场，这将使光纤中石英的折射率产生相应的周期性变化，形成位相光栅，在增益纤芯中传播的振荡激光在位相光栅的作用下将发生衍射，使传输方向发生偏折，脱离增益纤芯的波导束缚，成为泄漏波，该泄漏波等效为波导传输损耗，阻止振荡激光的形成，则光纤激光器处于低Q值状态；声波场消失，光纤中的位相光栅随即消失，光纤激光器处于高Q值状态。
2.一种用于双包层光纤激光器的声光调Q装置，其特征在于，该装置包括射频激励超声换能器、声传播介质和声反射界面或声吸收体；所述的声传播介质置于射频激励超声换能器和声反射界面或声吸收体之间；被调Q激光器的双包层光纤置于声传播介质中。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于还包括声匹配胶；所述的声匹配胶置于声传播介质中，被调Q激光器的双包层光纤置于声匹配胶中。
4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于其中所述的双包层光纤是弯曲的，其弯曲的曲率半径接近光纤的最小曲率半径。
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