CN101521350B - 连续声光衍射全光纤调q的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续声光衍射全光纤调Q的方法，将多组压电换能器作用于光纤激光器的增益光纤，压电换能器连接多路射频信号源，每组压电换能器至少由两个压电换能器构成，通过改变每组压电换能器中换能器阵列输入射频信号的相位来改变由该压电换能器阵列产生的合成声波的出射角度，使其满足布拉格衍射的声波入射角的出射角度，经过多组声光布拉格衍射，使增益光纤中的激光脱离数值孔径的限制，降低激光器的Q值；当压电换能器形成的声波场消失后，增益光纤中的位相光栅消失，激光器处于高Q值状态。该方法用以解决采用较低的入射声波频率和声波功率密度来完成光纤激光器的调Q问题。

Description

连续声光衍射全光纤调Q的方法

技术领域

本发明涉及声光技术及激光技术领域，具体涉及光纤激光器的调Q技术。

背景技术

光纤激光器调Q方法之一是沿用传统声光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。这对大功率光纤激光器而言是较大的功率损耗。

如果以光纤激光器的增益光纤为声光互作用介质，直接对增益光纤施加声波激励，当入射声波以布拉格角入射时，可以形成布拉格衍射。根据声光互作用的耦合波方程和参量互作用原理，可知如要满足布拉格衍射，且衍射效率足够高，才能使衍射光脱离数值孔径限制而成为泄漏波。由于构成光纤的主要材料二氧化硅的弹光效应不明显，要直接实现调Q需要很高的入射声波频率及高的入射声波功率密度。而目前国内的声换能器，其产生的声波最高频率比较低，声波功率密度比较小，远远达不到形成泄漏波衍射的要求。如果以较低的声波频率和功率密度入射，来完成声光衍射，形成泄漏波，就不能采用上述的直接调Q方法。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种如何降低全光纤声光调Q中对声光互作用声波频率和声波功率的要求，以在现有工艺条件下实现声光全光纤调Q。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种连续声光衍射全光纤调Q的方法，将多组压电换能器作用于光纤激光器的增益光纤，压电换能器连接多路射频信号源，多路射频信号源对每组压电换能器阵列施加频率、相位和幅度可以调整的射频信号，每组压电换能器至少由两个压电换能器构成，其特征在于，通过改变每组压电换能器中换能器阵列输入射频信号的相位来改变由该压电换能器阵列产生的合成声波的出射角度，使其满足布拉格衍射的声波入射角的出射角度，经过多组声光布拉格衍射，使增益光纤中的激光脱离数值孔径的限制，降低激光器的Q值；当压电换能器形成的声波场消失后，增益光纤中的位相光栅消失，激光器处于高Q值状态。

按照本发明所提供的连续声光衍射全光纤调Q的方法，其特征在于，通过以下几种方式一种或者多种来满足布拉格衍射的声波入射角度的出射角度：

①通过改变换能器输入射频信号频率；

②改变所需要换能器阵列的组数和每组换能器阵列之间的间距；

③调整换能器阵列的输入射频信号的幅度和相位。

本发明所提供的连续声光衍射全光纤调Q的方法，是利用相控阵的原理，使每组声光衍射都能满足布拉格衍射的条件，从而可以将每组产生的较小的声光衍射输出角度积累起来，以达到满足声光全光纤调Q的偏转角度的目的。较小的声光衍射角度只需要较低的入射声波频率和入射声波功率密度，这在现有工艺条件下容易实现。

本发明运用的基本原理涉及以下两个方面：

①声光互作用原理。

根据声光布拉格衍射原理，可知布拉格衍射的声波入射角有下面关系：

${\sin \mathrm{\θ}}_B=\frac{{\mathrm{\λ}}_0/n}{2\mathrm{\Λ}}---\left(1\right)$

其中，θ_B是布拉格衍射声波入射角，λ₀是入射激光波长，Λ是换能器所产生的声波波长，n是光纤纤芯内的折射率。

由式(1)可知，布拉格衍声波入射角θ_B与入射声波波长Λ近似反比。在声光介质和输入激光波长λ₀一定的条件下，降低入射声波频率F会导致减小布拉格衍射的入射角θ_B。

②声相控阵原理。

如果要实现其中一组换能器阵列合成的声波以角度α入射，则构成阵列的第n个换能器的传播延时τ_n为：

${\mathrm{\τ}}_n=\frac{{\mathrm{nd}}_1\mathrm{tg\α}}{v_e}---\left(2\right)$

其中，d_l为每组阵列中换能器之间的距离，v_e为声波纵波波速。

根据传播延时τ_n，就可以确定激励换能器的射频信号之间的相位差。

本发明的有益效果：①提出的连续声光衍射全光纤调Q的方法结构简单，在现有工艺条件下容易实现。应用于光纤激光器时没有插入损耗。②采用这种方法，还可以应用于光纤通信、光纤传感中，实现声光调制。

附图说明

图1是本发明的连续声光衍射全光纤调Q的方法的原理示意图；

图2是本发明的连续声光衍射全光纤调Q的方法的结构示意图。

其中，1、入射激光，2、入射射频电信号，3、压电换能器，4、光纤。5、光纤纤芯，6、光纤包层，7、多路射频信号源，8、每组换能器间的距离。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

本发明所提供的连续声光衍射全光纤调Q的方法，是利用多组压电换能器作用于光纤激光器的增益光纤，每组压电换能器至少有两个以上压电换能器构成。通过改变每组换能器中的换能器阵列输入射频信号的相位，改变由这个换能器阵列产生的合成声波的出射角度，使其满足布拉格衍射的声波入射角度的要求。每组压电换能器均能产生满足布拉格衍射的声波入射角。经过多组的声光布拉格衍射，使增益光纤中的激光脱离数值孔径的限制，从而形成泄漏波，增大激光器的损耗，降低激光器的Q值。当声波场消失后，光纤中的位相光栅随即消失，激光器处于高Q值状态。

如图1所示，入射激光1在光纤4中传输，压电换能器3(声换能器)在入射射频电信号的作用下，产生声波，与入射激光1在光纤4内互作用，发生布拉格衍射现象。每组声光互作用产生一个较小的偏转角，经过多组声光相互作用后，偏转角积累使光纤内的激光超过光纤数值孔径的约束，形成泄漏光，以此降低激光器的Q值。

为了使每组换能器阵列产生的入射声波都满足布拉格入射角的要求，设计如图2所示的结构。每组压电换能器包含两个及以上的压电换能器，构成换能器阵列，多路射频信号源7对每组压电换能器阵列施加频率、相位和幅度可以调整的射频信号，以保证每组换能器产生的合成声波通过光纤包层6后的入射角和光纤纤芯5中的入射激光1之间满足布拉格衍射角。可以根据入射声波的频率及功率密度的实际情况，采用适当的换能器组数或者适当调整换能器阵列间的距离8。

本发明所提供的连续声光衍射全光纤调Q的方法，是利用相控阵的原理，使每组声光衍射都能满足布拉格衍射的条件，从而可以将每组产生的较小的声光衍射输出角度积累起来，以达到满足声光全光纤调Q的偏转角度的目的。较小的声光衍射角度只需要较低的入射声波频率和入射声波功率密度，这在现有工艺条件下容易实现。

Claims (1)

1.一种连续声光衍射全光纤调Q的方法，将多组压电换能器作用于光纤激光器的增益光纤，压电换能器连接多路射频信号源，多路射频信号源对每组压电换能器阵列施加频率、相位和幅度可以调整的射频信号，每组压电换能器至少由两个压电换能器构成，其特征在于，通过改变每组压电换能器中换能器阵列输入射频信号的相位来改变由该压电换能器阵列产生的合成声波的出射角度，使其满足布拉格衍射的声波入射角的出射角度，经过多组声光布拉格衍射，使增益光纤中的激光脱离数值孔径的限制，降低激光器的Q值；当压电换能器形成的声波场消失后，增益光纤中的位相光栅消失，激光器处于高Q值状态。

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