CN102110949B - 一种激光脉冲尖峰抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光脉冲尖峰抑制方法，其特征在于，当激光脉冲输出装置自身连接有光纤时，通过改变光纤的双折射状态，控制激光脉冲在光纤中的偏振态，使脉冲尖峰与主脉冲具有不同的偏振态；将光纤输出的脉冲通过偏振分光器，使偏振态不同的脉冲尖峰与主脉冲自然分离，将脉冲尖峰从主脉冲上去除；当激光脉冲输出装置自身没有连接光纤时，将输出激光脉冲耦合进光纤，再进行上述的操作来实现将脉冲尖峰从主脉冲上去除。本发明不需要复杂的设计，不改变激光器或放大器本身的性能，适用于各种类型的激光器，放大器以及各种产生、传输和应用脉冲激光的装置。
Description
技术领域
本发明属于光学与激光光电子技术领域，涉及一种激光脉冲尖峰的抑制方法，特别是涉及一种基于光纤非线性偏振旋转效应的激光脉冲尖峰抑制方法。
背景技术
光纤激光器以其效率高、阈值低、光束质量高、紧凑小巧和高性能价格比等众多的优良特点受到普遍关注，并得到了长足发展。近年来，由于调Q、锁模和光纤放大技术的成熟，脉冲光纤激光器、光纤放大器的输出单脉冲能量得到显著提高，在军事、医疗和工业加工等领域展示出广阔的应用前景。
在脉冲激光器中，经常存在脉冲尖峰的问题：比如以LD直接调制脉冲激光器为种子源的光纤放大系统中由于驱动电流信号存在弛豫振荡，导致输出脉冲前沿的尖峰，而不是理想的方波信号；在高功率脉冲光纤放大器中，由于受激布里渊散射等非线性效应造成主脉冲之上叠加的尖峰。在通讯、制导等依靠脉冲峰值进行采样的应用场合，脉冲尖峰将造成误码率的大幅上升，影响通讯质量。
为抑制脉冲尖峰，目前已知的方法主要有：(1)通过控制LD调制电流，得到前沿缓、后沿陡的种子脉冲，在后续放大器中利用时域上的增益不均匀性进行波形补偿，得到理想的方波输出。这种方法也可以用来抑制脉冲前沿的尖峰，但缺点在于LD控制电流比较复杂，而且对后续放大器的增益有所要求，限制了放大器的性能扩展。(2)控制LD驱动电流，抑制电流的弛豫振荡。这个方法将对驱动电源稳定性和驱动电路的设计提出很高的要求，造成成本大幅度增加。对于非线性效应造成的尖峰，一般采取降低激光介质中的功率密度，防止非线性发生来避免脉冲尖峰的发生。以上的技术路线只适用于特定的情况，目前对于激光脉冲尖峰还没有通用的抑制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光纤的非线性偏振旋转效应的脉冲尖峰抑制方法，解决现有技术设计复杂、成本高、适应性差等特点。
为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种激光脉冲尖峰抑制方法，其特征在于，当激光脉冲输出装置自身连接有光纤时，通过改变光纤的双折射状态，控制激光脉冲在光纤中的偏振态，使脉冲尖峰与主脉冲具有不同的偏振态；将光纤输出的脉冲通过偏振分光器，使偏振态不同的脉冲尖峰与主脉冲自然分离，将脉冲尖峰从主脉冲上去除；
当激光脉冲输出装置自身没有连接光纤时，将输出激光脉冲耦合进光纤，通过改变光纤的双折射状态，控制激光脉冲在光纤中的偏振态，使脉冲尖峰与主脉冲具有不同的偏振态；将光纤输出的脉冲通过偏振分光器，使偏振态不同的脉冲尖峰与主脉冲自然分离，将脉冲尖峰从主脉冲上去除。
其中，所述改变光纤的双折射状态的方法有扭转、弯曲、挤压、拉伸或改变温度，以及其他对光纤进行操作能够改变光纤双折射状态的方法。
其中，改变光纤输出端与偏振分光器的相对转角大小，从而调节脉冲尖峰与主脉冲通过偏振分光器后的透过率和反射率，获得不同的尖峰抑制效果。
其中，在光纤输出端与偏振分光器之间放置半波片，改变半波片的旋转角度，从而调节脉冲尖峰与主脉冲通过偏振分光器后的透过率和反射率，获得不同的尖峰抑制效果。
与现有技术相比，上述技术方案具有如下优点：不需要复杂的设计，不改变激光器或放大器本身的性能，适用于各种类型的激光器，放大器以及各种产生、传输和应用脉冲激光的装置。
附图说明
图1是本发明激光脉冲尖峰抑制方法实施例一中所使用的装置结构图；
图2是本发明激光脉冲尖峰抑制方法实施例二中所使用的装置结构图；
图3是本发明激光脉冲尖峰抑制方法实施例一和二中所用到的包含脉冲尖峰的激光脉冲；
图4是本发明激光脉冲尖峰抑制方法实施例一和二中包含脉冲尖峰的激光脉冲经抑制后由偏振分光器反射的不包含脉冲尖峰的激光脉冲波形；
图5是本发明激光脉冲尖峰抑制方法实施例一和二中包含脉冲尖峰的激光脉冲由偏振分光器透射的激光脉冲波形，主要为被去除的脉冲尖峰；
图6是本发明激光脉冲尖峰抑制方法实施例一和二中通过扭转改变光纤双折射状态的示意图；
图7是本发明激光脉冲尖峰抑制方法实施例一和二中通过弯曲改变光纤双折射状态的示意图；
图8是本发明激光脉冲尖峰抑制方法实施例一和二中通过挤压改变光纤双折射状态的示意图；
图9是本发明激光脉冲尖峰抑制方法实施例一和二中通过拉伸改变光纤双折射状态的示意图；
图10是本发明激光脉冲尖峰抑制方法实施例一和二中通过改变温度改变光纤双折射状态的示意图。
其中，1：激光脉冲输出装置；2：光纤；3：激光脉冲；4：透镜；5：半波片；6：偏振分光器；7：垂直偏振光；8：水平偏振光；9：光电探测器；10：示波器；11：施加在光纤上的扭转力；12：施加在光纤上的弯曲力；13：施加在光纤侧面的挤压力；14：施加在光纤两端的拉力；15：给光纤加热或制冷的装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
光纤在制造过程中的误差、外界施加的机械应力、热应力等都会引起光纤的双折射效应，使得激光在光纤中传播时偏振态发生旋转和演变。并且，光纤的双折射系数与激光强度有关，这就使得激光偏振态的演变与激光强度有关，即光纤的非线性偏振旋转效应。当具有脉冲尖峰的激光脉冲在光纤中传输时，激光脉冲中不同光强的部分所发生的偏振演变不同。
本发明提出的基于光纤非线性偏振旋转效应的脉冲尖峰抑制方法，通过改变光纤的双折射状态，控制激光脉冲在光纤中的偏振态，使得脉冲尖峰与主脉冲具有不同的偏振态；将光纤输出的脉冲通过偏振分光器，使得脉冲尖峰与主脉冲由于偏振态不同而自然分离，从而达到将脉冲尖峰从主脉冲上去除的效果。在改变光纤双折射状态所使用的方法中包括扭转、弯曲、挤压、拉伸或改变温度，以及其他对光纤进行操作能够改变光纤双折射状态的方法。在该方法中控制激光脉冲偏振态的光纤是产生激光脉冲装置的组成部分或者不是产生激光脉冲装置的组成部分。
图1是激光脉冲尖峰抑制方法所使用的一种装置结构图。图中，1为激光脉冲输出装置，光纤2是该装置的组成部分，且该装置输出的激光脉冲3存在脉冲尖峰。光纤2中输出的激光脉冲经过透镜4的准直作用后准直为平行光，经过半波片5，再经过偏振分光器6，使得水平偏振光8透射，垂直偏振光7反射。透射和反射的激光脉冲经光电探测器9接收，在与光电探测器相连接的示波器10上显示脉冲波形。
图2是激光脉冲尖峰抑制方法所使用的另一种装置结构图。1为激光脉冲输出装置，该装置输出的激光脉冲3存在脉冲尖峰。装置1输出的激光脉冲经过透镜4耦合注入到光纤2中，与图1中所示装置不同的是图2中的光纤2不是激光脉冲输出装置1的组成部分，是为了实现激光脉冲非线性偏振旋转而加入的装置。光纤2输出的激光经过透镜4的准直作用后准直为平行光，经过半波片5，再经过偏振分光器6，使得水平偏振光8透射，垂直偏振光7反射。透射和反射的激光脉冲经光电探测器9接收，在示波器10上观察脉冲波形。
实施例一
本发明的实施例一采用如图1所示的激光脉冲尖峰抑制装置。装置1输出的激光脉冲3包含脉冲尖峰。由于激光脉冲在装置1的光纤2中传播一段距离，脉冲在光纤2中发生非线性偏振旋转，激光脉冲的不同光强部分的偏振态演变有差别。通过扭转、弯曲、挤压、拉伸或改变温度，以及其他对光纤进行操作能够改变光纤双折射状态的方法控制光纤2的双折射状态，使得光纤2输出的激光主脉冲与脉冲尖峰具有不同的偏振态。转动半波片5，调节偏振分光器6的透射率和反射率，使得激光主脉冲大部分被反射而脉冲尖峰大部分被透射；或主脉冲大部分被透射而脉冲尖峰大部分被反射，这样就达到了脉冲尖峰抑制的目的。图3为典型的装置1输出的包含脉冲尖峰的激光脉冲3。图4为经过抑制装置，在光纤偏振态和半波片调节状态合适时，在偏振分光器6反射端输出的激光脉冲7，而图5为相应的偏振分光器6透射端输出的激光脉冲8。可以看到，脉冲尖峰被透射而主脉冲被反射，激光脉冲3中的尖峰被成功地抑制。半波片5只是为了方便调节激光的透过率和反射率，不是去除脉冲尖峰必要的。
实施例二
本发明的实施例二采用如图2所示的激光脉冲尖峰抑制装置。装置1输出的激光脉冲3包含脉冲尖峰。因为需要利用光纤的双折射作用，而装置1不包含适宜操作的光纤，因此将激光脉冲3经透镜4耦合到附加的光纤2中，脉冲在光纤2中发生非线性偏振旋转，激光脉冲的不同光强部分的偏振态演变有差别。通过扭转、弯曲、挤压、拉伸或改变温度，以及其他对光纤进行操作能够改变光纤双折射状态的方法控制光纤2的双折射状态，使得光纤2输出的激光主脉冲与脉冲尖峰具有不同的偏振态。转动半波片5，调节偏振分光器6的透射率和反射率，使得激光主脉冲大部分被反射而脉冲尖峰大部分被透射；或主脉冲大部分被透射而脉冲尖峰大部分被反射，这样就达到了脉冲尖峰抑制的目的。图3为典型的装置1输出的包含脉冲尖峰的激光脉冲3。图4为经过抑制装置，在光纤偏振态和半波片调节状态合适时，在偏振分光器6反射端输出的激光脉冲7，而图5为相应的偏振分光器6透射端输出的激光脉冲8。可以看到，脉冲尖峰被透射而主脉冲被反射，激光脉冲3中的尖峰被成功地抑制。半波片5只是为了方便调节激光的透过率和反射率，不是去除脉冲尖峰必要的。
在上述实施例一和二中，改变光纤双折射状态的操作如图6-10所示。光纤是激光脉冲输出装置的一部分或为了实现基于非线性偏振旋转的脉冲尖峰抑制而在激光脉冲输出装置后面加入的光纤。图6是对光纤施加扭转力，使光纤沿轴向发生扭转，进而改变光纤的双折射状态。图7是对光纤施加弯曲力，使光纤发生弯曲，进而改变光纤的双折射状态。图8是对光纤施加挤压力，使光纤内部由于挤压而产生应力，进而改变光纤的双折射状态。图9是对光纤施加沿光纤轴的拉力，使光纤内部由于拉伸而产生应力，进而改变光纤的双折射状态。图10是对光纤的局部或整体加热或者冷却，使光纤内部由于温度梯度而产生应力，进而改变光纤的双折射状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种激光脉冲尖峰抑制方法，其特征在于，当激光脉冲输出装置自身连接有光纤时，通过改变光纤的双折射状态，控制激光脉冲在光纤中的偏振态，使脉冲尖峰与主脉冲具有不同的偏振态；将光纤输出的脉冲通过偏振分光器，使偏振态不同的脉冲尖峰与主脉冲自然分离，将脉冲尖峰从主脉冲上去除；
当激光脉冲输出装置自身没有连接光纤时，将输出激光脉冲耦合进光纤，通过改变光纤的双折射状态，控制激光脉冲在光纤中的偏振态，使脉冲尖峰与主脉冲具有不同的偏振态；将光纤输出的脉冲通过偏振分光器，使偏振态不同的脉冲尖峰与主脉冲自然分离，将脉冲尖峰从主脉冲上去除。
2.如权利要求1所述的激光脉冲尖峰抑制方法，其特征在于，所述改变光纤的双折射状态的方法有扭转、弯曲、挤压、拉伸或改变温度，以及其他对光纤进行操作能够改变光纤双折射状态的方法。
3.如权利要求1所述的激光脉冲尖峰抑制方法，其特征在于，改变光纤输出端与偏振分光器的相对转角大小，从而调节脉冲尖峰与主脉冲通过偏振分光器后的透过率和反射率，获得不同的尖峰抑制效果。
4.如权利要求1所述的激光脉冲尖峰抑制方法，其特征在于，在光纤输出端与偏振分光器之间放置半波片，改变半波片的旋转角度，从而调节脉冲尖峰与主脉冲通过偏振分光器后的透过率和反射率，获得不同的尖峰抑制效果。
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