CN102129144B - 基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制方法及装置，该方法包括以下步骤：发出包含脉冲尖峰的激光脉冲；使包含脉冲尖峰的激光脉冲在光纤中发生非线性偏振旋转，其中，所述光纤为施加有一定的外界机械应力或热应力，以使其发生了双折射效应的光纤；将光纤输出的激光脉冲准直为平行光；使平行光中的激光主脉冲被反射而脉冲尖峰被透射，或者激光主脉冲被透射而脉冲尖峰被反射。本发明的技术方案设计简单、成本低、适应性好。

Description

基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制方法及装置

技术领域

本发明涉及光学与激光光电子技术领域，尤其涉及一种基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制方法及装置。

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为以下三种：文献(Y.Wang和H.Po所著)″Dynamic Characteristics of Double-Clad FiberAmplifiers for High-Power Pulse Amplification，″Journal of LightwaveTechnology，vol.21，pp.2262-2270，2003，中提到通过控制LD(半导体激光器)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。第二种方法是控制LD驱动电流，抑制电流的弛豫振荡。这种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。而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。上述方法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

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是针对现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种基于光纤的非线性偏振旋转的脉冲尖峰抑制方案。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提出了一种基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制方法，包括以下步骤：

S1，发出包含脉冲尖峰的激光脉冲3；

S2，使包含脉冲尖峰的激光脉冲3在光纤2中发生非线性偏振旋转，其中，所述光纤2为施加有一定的外界机械应力或热应力，以使其发生了双折射效应的光纤；

S3，将光纤2输出的激光脉冲3准直为平行光；

S4，使平行光中的激光主脉冲7被反射而脉冲尖峰8被透射，或者激光主脉冲7被透射而脉冲尖峰8被反射。

所述光纤2为经扭转、弯曲、挤压或具有一定温度，以使其发生了双折射效应的光纤。

本发明还提供了一种基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制装置，包括激光脉冲发生器1、与所述激光脉冲发生器1连接的光纤2、第一准直透镜4和偏振分光器6，所述光纤2为施加有一定的外界机械应力或热应力，以使其发生了双折射效应的光纤；所述激光脉冲发生器1用于发出包含脉冲尖峰的激光脉冲3，所述光纤2用于使包含脉冲尖峰的激光脉冲3在其中发生非线性偏振旋转，所述第一准直透镜4用于将光纤2输出的激光脉冲3准直为平行光，所述偏振分光器6用于使第一准直透镜4输出的平行光中的激光主脉冲7被反射而脉冲尖峰8被透射，或者激光主脉冲7被透射而脉冲尖峰8被反射。

本发明还提供了一种基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制装置，包括激光脉冲发生器1、光纤2、第一准直透镜4、第二准直透镜4’和偏振分光器6，所述光纤2为施加有一定的外界机械应力或热应力，以使其发生了双折射效应的光纤；所述激光脉冲发生器1用于发出包含脉冲尖峰的激光脉冲3，其中第二准直透镜4’用于将所述包含脉冲尖峰的激光脉冲3耦合到所述光纤2中，所述光纤2用于使包含脉冲尖峰的激光脉冲3在其中发生非线性偏振旋转，第一准直透镜4用于将光纤2输出的激光脉冲3准直为平行光，所述偏振分光器6用于使该第一准直透镜4输出的平行光中的激光主脉冲7被反射而脉冲尖峰8被透射，或者激光主脉冲7被透射而脉冲尖峰8被反射。

其中，所述光纤2为经扭转、弯曲、挤压或具有一定温度，以使其发生了双折射效应的光纤。

其中，在所述第一准直透镜4和偏振分光器6之间还设有半波片5，所述半波片5用于将调节所述偏振分光器6的透射率和反射率。

其中，还包括两个光电探测器9，9’，其中一个光电探测器9用于接收反射的激光主脉冲7，另一个光电探测器9’用于接收透射的脉冲尖峰8。

其中，还包括分别与所述两个光电探测器9，9’连接的示波器10，所述示波器10用于观察所述两个光电探测器9，9’接收的脉冲的波形。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：通过使用发生了双折射效应的光纤，使包含脉冲尖峰的激光脉冲在光纤中发生非线性偏振旋转，从而将激光脉冲中的脉冲尖峰与激光主脉冲分开，达到了抑制激光脉冲中的脉冲尖峰的目的。本发明的技术方案解决了现有技术设计复杂、成本高、适应性差等问题。因此，与现有技术相比，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是本发明实施例的方法流程图；

图2是本发明实施例的装置结构图；

图3是本发明另一实施例的装置结构图；

图4是本发明实施例中包含脉冲尖峰的激光脉冲的波形图；

图5是经过本发明实施例的装置处理之后，典型的偏振分光器反射的激光脉冲波形；

图6是经过本发明实施例的装置处理之后，典型的偏振分光器透射的激光脉冲波形。

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。

实施例1：

依据本发明实施例的方法流程图如图1所示，基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制方法，包括以下步骤：S1，发出包含脉冲尖峰的激光脉冲3；S2，使包含脉冲尖峰的激光脉冲3在光纤2中发生非线性偏振旋转，其中，所述光纤2为施加有一定的外界机械应力或热应力，以使其发生了双折射效应的光纤；S3，将光纤2输出的激光脉冲3准直为平行光；S4，使平行光中的激光主脉冲7被反射而脉冲尖峰8被透射。所述光纤2可以为经扭转、弯曲、挤压或具有一定温度，以使其发生了双折射效应的光纤。

实施例2：

依据本发明实施例的装置的结构图如图2所示。激光脉冲发生器1输出的激光脉冲3包含脉冲尖峰。由于激光脉冲在激光脉冲发生器1的光纤2中传播一段距离，激光脉冲在光纤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、挤压或改变温度的方法控制光纤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。光纤2中输出的激光经过第一准直透镜4准直为平行光，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7大部分被透射而脉冲尖峰8大部分被反射，这样就达到了脉冲尖峰抑制的目的。图4为典型的激光脉冲发生器1输出的包含脉冲尖峰的激光脉冲3。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。图5为经过本发明的抑制装置，在光纤偏振态和半波片调节状态合适时，在偏振分光器6反射端输出的激光主脉冲7，而图6为相应的偏振分光器6透射端输出的脉冲尖峰8。可以看到，脉冲尖峰8被透射而激光主脉冲7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3：

依据本发明另一实施例的装置的结构图如图3所示。激光脉冲发生器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，而激光脉冲发生器1不包含适宜操作的光纤，因此利用第二准直透镜4’将激光脉冲3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、挤压或改变温度的方法控制光纤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。光纤2中输出的激光经过第一准直透镜4准直为平行光，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4为典型的激光脉冲发生器1输出的包含脉冲尖峰的激光脉冲3。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。图5为经过本发明的抑制装置，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6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8被透射而激光主脉冲7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。

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，这就是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。由以上实施例可以看出，本发明就是根据以上原理，利用发生了双折射效应的光纤，使包含脉冲尖峰的激光脉冲在光纤中发生非线性偏振旋转，从而将激光脉冲中的脉冲尖峰与激光主脉冲分开，达到了抑制激光脉冲中的脉冲尖峰的目的。

以上所述仅是本发明的实施方式，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变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，发出包含脉冲尖峰的激光脉冲(3)；

S2，使包含脉冲尖峰的激光脉冲(3)在光纤(2)中发生非线性偏振旋转，其中，所述光纤(2)为施加有一定的外界机械应力或热应力，以使其发生了双折射效应的光纤；

S3，将光纤(2)输出的激光脉冲(3)准直为平行光；

S4，使平行光中的激光主脉冲(7)被反射而脉冲尖峰(8)被透射，或者激光主脉冲(7)被透射而脉冲尖峰(8)被反射。

2.如权利要求1所述的基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制方法，其特征在于，所述光纤(2)为经扭转、弯曲、挤压或具有一定温度，以使其发生了双折射效应的光纤。

3.一种基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制装置，其特征在于，包括激光脉冲发生器(1)、与所述激光脉冲发生器(1)连接的光纤(2)、第一准直透镜(4)和偏振分光器(6)，所述光纤(2)为施加有一定的外界机械应力或热应力，以使其发生了双折射效应的光纤；所述激光脉冲发生器(1)用于发出包含脉冲尖峰的激光脉冲(3)，所述光纤(2)用于使包含脉冲尖峰的激光脉冲(3)在其中发生非线性偏振旋转，所述第一准直透镜(4)用于将光纤(2)输出的激光脉冲(3)准直为平行光，所述偏振分光器(6)用于使第一准直透镜(4)输出的平行光中的激光主脉冲(7)被反射而脉冲尖峰(8)被透射，或者激光主脉冲(7)被透射而脉冲尖峰(8)被反射。

4.一种基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制装置，其特征在于，包括激光脉冲发生器(1)、光纤(2)、第一准直透镜(4)、第二准直透镜(4’)和偏振分光器(6)，所述光纤(2)为施加有一定的外界机械应力或热应力，以使其发生了双折射效应的光纤；所述激光脉冲发生器(1)用于发出包含脉冲尖峰的激光脉冲(3)，其中第二准直透镜(4’)用于将所述包含脉冲尖峰的激光脉冲(3)耦合到所述光纤(2)中，所述光纤(2)用于使包含脉冲尖峰的激光脉冲(3)在其中发生非线性偏振旋转，第一准直透镜(4)用于将光纤(2)输出的激光脉冲(3)准直为平行光，所述偏振分光器(6)用于使该第一准直透镜(4)输出的平行光中的激光主脉冲(7)被反射而脉冲尖峰(8)被透射，或者激光主脉冲(7)被透射而脉冲尖峰(8)被反射。

5.如权利要求3或4所述的基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制装置，其特征在于，所述光纤(2)为经扭转、弯曲、挤压或具有一定温度，以使其发生了双折射效应的光纤。

6.如权利要求3或4所述的基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制装置，其特征在于，在所述第一准直透镜(4)和偏振分光器(6)之间还设有半波片(5)，所述半波片(5)用于调节所述偏振分光器(6)的透射率和反射率。

7.如权利要求3或4所述的基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制装置，其特征在于，还包括两个光电探测器(9，9’)，其中一个光电探测器(9)用于接收反射的激光主脉冲(7)，另一个光电探测器(9’)用于接收透射的脉冲尖峰(8)。

8.如权利要求7所述的基于非线性偏振旋转的激光脉冲尖峰抑制装置，其特征在于，还包括分别与所述两个光电探测器(9，9’)连接的示波器(10)，所述示波器(10)用于观察所述两个光电探测器(9，9’)接收的脉冲的波形。

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