CN101887205B - 一种控制偏振态的双池布里渊散射放大方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制偏振态的双池布里渊散射放大的方法。为了研究在双池布里渊放大系统中，抽运光与种子光的偏振态对SBS增益的影响，提出了一种控制偏振态的双池布里渊放大的方法。该放大是在原双池布里渊放大技术的基础上，在抽运光的光路中增加了一个偏振态控制装置，通过其精确改变抽运光的偏振态，在SBS种子光偏振态保持不变时，通过改变抽运光的偏振态即可控制该两束光之间的偏振夹角；一个光功率计接收放大池前的SBS种子光(未经放大光放大)，一个光功率计接收放大后的SBS信号光，对比计算两功率计的读数，即可得到SBS的增益系数。

Description

一种控制偏振态的双池布里渊散射放大方法

技术领域

本发明涉及一种控制偏振态的双池布里渊散射放大方法。 

背景技术

布里渊散射和拉曼散射被越来越多的应用于水下探测，尤其是受激布里渊散射。但目前受激布里渊散射探测技术大多使用的是单池聚焦受激布里渊散射，高能激光直接聚焦于水中一点，该焦点处的受激布里渊散射光(SBS)在回波过程中，经长距离的水体衰减在到达探测器时已很微弱，从而限制的其探测深度；同时焦点处的能量密度过高而产生其它非线性过程限制了其探测分辨率。于是有人提出了双池布里渊散射放大技术，但目前对该技术的研究最多的是抽运光与种子光之间的能量比、夹角对SBS增益的影响。但在实验中，我们发现抽运光与种子光之间的偏振态同样影响着其放大效率，并不是同偏振态时增益最大。 

发明内容

为了研究在双池布里渊放大系统中，抽运光与种子光的偏振态对SBS增益的影响，我们提出了一种控制偏振态的双池布里渊放大方法。该放大方法是在原双池布里渊放大技术的基础上，在抽运光的光路中增加了一个偏振态控制装置，通过其精确改变抽运光的偏振态，在SBS种子光偏振态保持不变情况下，通过改变抽运光的偏振态即可控制该两束光之间的偏振夹角；用一个光功率计接收放大池前的SBS种子光(未经放大光放大)，一个光功率计接收放大后的SBS信号光，对比计算两功率计的读数，即可得到SBS的增益系数。偏振控制装置是由电光晶体、延时装置、高压电源组成的，只要改变加在电光晶体上的电压即可精确的改变通过其光束的偏振角度。利用上述两个光功率计即可计算出对应于不同抽运光、SBS种子光偏振夹角的SBS增益值，得到对应两束光偏振夹角的SBS增益曲线，分析该曲线可明确抽运光、种子光之间的偏振夹角对SBS增益的影响，并最终获得种子光达到SBS增益最大时的两束光偏振夹角。 

本发明的目的是为了提供一种具有更高探测深度精度和探测深度分辨率的受激布里渊散射探测的方法。 

本发明装置包括种子注入式脉冲激光器(1)，二分之一波片(2)，偏振耦合镜(3，8，16，19)，532nm全反镜(4，5，6，7，13，14)，四分之一波片(9，12，15)，凸透镜(10)，种子池(11)，电光晶体(17)，放大池(18)，光功率计(20，21，22)。 

本发明解决技术问题的方案是：种子注入式脉冲激光器(1)输出的532nm光为竖直偏振光，经二分之一波片后变为水平偏振光到达偏振耦合镜(3)，偏振耦合镜(3)与光轴有一定的夹角，将入射光分为两束，一束竖直偏振光经532nm全反镜(4，5，6，7)到达偏振耦合 镜(8)并被其反射，经四分之一波片(9)后成为圆偏振光，被凸透镜(10)聚焦于种子池(11)中一点，在焦点附近产生受激布里渊散射光(SBS)；偏振耦合镜(3)后另一束水平偏振光经532nm全反镜(13，14)、四分之一波片(15)变为圆偏振光、竖直部分偏振光被偏振耦合镜(16)高反到光功率计(22)上，而水平部分偏振光被高透进入电光晶体(17)，通过改变晶体上的电压精确改变该水平偏振光的偏振旋转角度进入放大池(18)。种子池中产生的布里渊散射光由于其位相共轭性，沿原入射光路返回，经凸透镜(10)、四分之一波片(9)后变为水平偏振光，经偏振耦合镜(8)高透，进入四分之波片(12)又成为圆偏振光，其中竖直光被偏振耦合镜(19)高反到光功率计(21)上，水平光经偏振耦合镜(19)高透进入放大池(18)与放大光耦合，提取放大光的能量，得到增益放大，放大后的SBS光被偏振耦合镜(16)高反到光功率计(21)。 

本新方法较以往的布里渊散射放大技术优越性是显而易见的。一、该方法解决了对探测深度的要求，放大光对SBS种子光的放大使其经长距离水体衰减后仍能被探测器探测到；二、进一步提高了探测性能，通过控制抽运光与种子光的偏振态，使其保持一个最佳偏振角，使SBS种子光可最大限度的提取放大光能量，得到最大的增益效果。三、提高了布里渊探测技术的适用性，在基本没增加其他设备的前提下，仅让抽运光与种子光的偏振态夹角以最佳偏振夹角进入放大池，获得高增益的SBS信号。 

附图说明

附图1控制偏振态的双池布里渊散射放大装置原理图。 

附图2控制偏振态的双池布里渊散射放大技术与传统双池布里渊放大技术的实验结果 

附图3传统的双池布里渊放大装置原理图。 

附图4在不同抽运光与种子光偏振态夹角下的SBS增益曲线图。 

具体实施方式

实施例1： 

如附图1所示，该装置包括：种子注入式脉冲激光器(1)，二分之一波片(2)，偏振耦合镜(3，8，16，19)，532nm全反镜(4，5，6，7，13，14)，四分之一波片(9，12，15)，凸透镜(10)，种子池(11)，电光晶体(17)，放大池(18)，光功率计(20，21，22)。 

种子注入式脉冲激光器(1)输出的532nm光为竖直偏振光，偏振耦合镜(3)与光轴有一定的夹角，二分之一波片(2)后的水平偏振光经偏振耦合镜(3)分为两束：竖直偏振光经532nm全反镜(4，5，6，7)被偏振耦合镜(8)反射，过四分之一波(9)、凸透镜(10)聚焦于种子池(11)中，在焦点附近产生受激布里渊散射光(SBS)。由于SBS种子光与入射光是位相共轭光，SBS种子光沿入射光路返回，经凸透镜(10)、四分之一波片(9)变为水平 偏振光，偏振耦合镜(8)对其高透，其经四分之一波片(12)变为圆偏振光并进入放大池。偏振耦合镜(3)后的水平偏振光经532nm全反镜(13，14)、四分之一波片(15)变为圆偏振光，到达电光晶体(17)后进入放大池与另一端进入的SBS种子光相互作用，并放大种子光。圆偏振下的SBS种子光经偏振耦合镜(19)竖直偏振部分反射进入光功率计(21)，放大后的SBS信号光为水平偏振光被偏振耦合镜(16)高反到光功率计(20)上，对比计算两功率计上的读数得到SBS信号增益系数。改变电光晶体(17)上的电压，使经过该晶体的放大光偏振态产生一定角度的偏转，且偏转角与所加电压存在对应关系。通过改变加在电光晶体(17)上的电压，精确控制进入放大池中种子光、放大光之间的偏振夹角，记录光功率计(20，21)的读数，得到对应SBS种子光增益系数。 

附图(2)所示的实验室时，控制偏振态的双池布里渊散射放大与传统双池布里渊散射放大实验结果，其中附图2(a)表示的是7m处传统的双池放大，附图2(b)表示的7m处控制偏振态的双池放大技术。 

实施例2： 

如附图3所示，该装置包括：种子注入式脉冲激光器(1)，二分之一波片(2)，偏振耦合镜(3，8，12，16)，532nm全反镜(4，5，6，7，13，14)，四分之一波片(9)，凸透镜(10)，种子池(11)，放大池(15)，光功率计(17)。 

种子注入式脉冲激光器(1)输出532nm竖直偏振光，经二分之一波片后成为水平偏振光到达偏振耦合镜(3)，被分为两束：竖直偏振部分经532nm全反镜(4，5，6，7)并被偏振耦合镜(8)反射，经四分之一波片(9)、凸透镜(10)聚焦于种子池(11)，在焦点附近产生受激布里渊散射光(SBS)，由于两次经过四分之一波片(9)变为水平光透过偏振耦合镜(8，12)进入放大池(15)。偏振耦合镜(3)后的水平偏振光经532nm全反镜(13，14)、偏振耦合镜(16)直接进入放大池与SBS种子光作用。剩余放大光出放大池后被偏振耦合镜(12)反射以保护激光器，放大后的SBS信号光被偏振耦合镜(16)反射进入光功率计(17)。 

附图4在精确控制放大光与SBS种子光的偏振夹角情况下，用实际测量得到的SBS信号光增益值与两光束偏振角之间的关系曲线，其中横轴为放大光、种子光之间的偏振夹角，纵轴为SBS信号光增益系数。在SBS信号光增益系数达到最大处，即是放大光放大种子光达到最大效率处。 

Claims (7)

1.一种控制偏振态的双池布里渊散射放大的装置，该装置包括种子注入式脉冲激光器(1)，二分之一波片(2)，第一偏振耦合镜(3)，第二偏振耦合镜(8)，第三偏振耦合镜(16)，第四偏振耦合镜(19)，第一532nm全反镜(4)，第二532nm全反射镜(5)，第三532nm全反射镜(6)，第四532nm全反射镜(7)，第五532nm全反射镜(13)，第六532nm全反射镜(14)，第一四分之一波片(9)，第二四分之一波片(12)，第三四分之一波片(15)，凸透镜(10)，种子池(11)，电光晶体(17)，放大池(18)，第一光功率计(20)，第二光功率计(21)，第三光功率计(22)；

种子注入式脉冲激光器(1)输出的532nm光为竖直偏振光，经二分之一波片(2)后变为水平偏振光到达第一偏振耦合镜(3)上，第一偏振耦合镜(3)与光轴有一定的夹角，将入射光分为两束：一束竖直偏振光经第一532nm全反镜(4)，第二532nm全反射镜(5)，第三532nm全反射镜(6)和第四532nm全反射镜(7)达到第二偏振耦合镜(8)并被其反射，经第一四分之一波片(9)后成为第一圆偏振光，然后被凸透镜(10)聚焦于种子池(11)中一点，在焦点附近产生受激布里渊散射光；第一偏振耦合镜(3)后另一束水平偏振光经第五532nm全反射镜(13)和第六532nm全反射镜(14)以及第三四分之一波片(15)后变为第二圆偏振光，该第二圆偏振光中的竖直偏振光被第三偏振耦合镜(16)高反到第三光功率计(22)上，而该第二圆偏振光中的水平偏振光被第三偏振耦合镜(16)高透并进入电光晶体(17)，改变电光晶体(17)上的电压精确改变该水平偏振光的偏振角度并进入放大池(18)成为放大光，种子池中产生的布里渊散射光由于其位相共轭性，沿原入射光路返回经凸透镜(10)、第一四分之一波片(9)后变为水平偏振光，被第二偏振耦合镜(8)高透，进入第二四分之一波片(12)又成为第三圆偏振光，该第三圆偏振光中的竖直偏振光被第四偏振耦合镜(19)高反到第二光功率计(21)上，该第三圆偏振光中的水平偏振光经第四偏振耦合镜(19)高透进入放大池(18)成为种子光并与放大光耦合，提取放大光的能量，得到增益放大，放大后的受激布里渊散射光被第三偏振耦合镜(16)高反到第一功率计(20)。

2.如权利要求1所述的控制偏振态的双池布里渊散射放大的装置，其特征在于：所述第一532nm全反镜(4)，第二532nm全反射镜(5)，第三532nm全反射镜(6)，第四532nm全反射镜(7)，第五532nm全反射镜(13)，第六532nm全反射镜(14)放置的位置，作用是保证受激布里渊散射种子光与放大光之间达到最长相互作用长度。

3.如权利要求1所述的控制偏振态的双池里渊散射放大的装置，其特征在于：在第三偏振耦合镜(16)与放大池(18)之间放置了所述电光晶体(17)。

4.如权利要求3所述的控制偏振态的双池布里渊散射放大的装置，其特征在于：通过改变加在电光晶体(17)上的电压，控制通过其光束的偏振角的旋转，以此控制放大光与种子光之间的偏振夹角。

5.如权利要求1所述的控制偏振态的双池布里渊散射放大的装置，其特征在于：第二四分之一波片(12)和第三四分之一波片(15)所放置的位置，其作用在于保证放大光、种子光不进入激光器(1)而影响其输出光质量。

6.一种控制偏振态的双池布里渊散射放大的方法，其特征在于：种子注入式脉冲激光器(1)输出的532nm光为竖直偏振光，经二分之一波片(2)后变为水平偏振光到达第一偏振耦合镜(3)上，第一偏振耦合镜(3)与光轴有一定的夹角，将入射光分为两束，一束光经第一532nm全反镜(4)，第二532nm全反射镜(5)，第三532nm全反射镜(6)，以及第四532nm全反射镜(7)达到第二偏振耦合镜(8)并被其反射，经第一四分之一波片(9)后成为第一圆偏振光，被凸透镜(10)聚焦于种子池(11)中一点，在焦点附近产生受激布里渊散射光，第一偏振耦合镜(3)后另一束光经第五532nm全反镜(13)和第六532nm全反射镜(14)以及第三四分之一波片(15)变为第二圆偏振光，第二圆偏振光中的竖直偏振光被第三偏振耦合镜(16)高反到第三光功率计(22)上，而第二圆偏振光中的水平偏振光被高透进入电光晶体(17)成为放大光，改变电光晶体(17)上的电压精确改变该水平偏振光的偏振角度进入放大池(18)；种子池中产生的布里渊散射光由于其位相共轭性，沿原入射光路返回，经凸透镜(10)和第一四分之一波片(9)后变为水平偏振光并被第二偏振耦合镜(8)高透进入第二四分之一波片(12)成为第三圆偏振光，第三圆偏振光中竖直部分偏振光被第四偏振耦合镜(19)高反到第二光功率计(21)上，第三圆偏振光中的水平偏振光经第四偏振耦合镜(19)高透进入放大池(18)成为种子光并与放大光耦合，提取放大光的能量，得到增益放大，放大后的受激布里渊散射光被第三偏振光耦合镜(16)高反到第一功率计(20)，通过计算分析第一光功率计(20)、第二光功率计(21)、和第三光功率计(22)采集的光功率数据，得到受激布里渊增益系数与放大光和种子光之间形成的夹角之间的关系曲线，最终得到最大受激布里渊散射增益时的偏振夹角，当放大光偏振态与受激布里渊散射光偏振态之间以最佳偏振夹角进入放大池耦合，种子光将得到最大效率的放大。

7.如权利要求6所述控制偏振态的双池布里渊散射放大的方法，其特征在于，所述第一532nm全反镜(4)，第二532nm全反射镜(5)，第三532nm全反射镜(6)，第四532nm全反射镜(7)，第五532nm全反射镜(13)，第六532nm全反射镜(14)所放置的位置，其作用为使放大光与种子光在放大池中有最长相互作用距离，并通过改变电光晶体(17)上所加电压，实现控制放大光与种子光偏振夹角。

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