CN102183865B - 高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置 - Google Patents

Abstract

高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置，属于高功率窄线宽光纤激光器、窄线宽光纤放大器领域，克服现有装置工艺复杂、光纤不能再使用、光纤伸缩小等缺点。该装置的椭圆锥管(4)的大口端的椭圆长轴两端分别与第一、二钢丝绳(51、52)的一端固定连接，第一、二钢丝绳的另一端分别通过第一、二定滑轮(21、22)与质量大球(61)固定连接。椭圆锥管(4)大口端的椭圆短轴两端分别通过第三、四钢丝绳(53、54)与第一、二质量小球(62、63)固定连接，且第三、四钢丝绳(53、54)均与水平面垂直。该滑轮装置的结构简易，加工工艺简单，提高了螺旋粘贴在椭圆锥管外侧壁上的掺稀土光纤(7)受激布里渊散射阈值。

Description

高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置

技术领域

本发明涉及一种高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置，属于高功率窄线宽光纤激光器、窄线宽光纤放大器领域。

背景技术

受激布里渊散射是一种在光纤内发生的非线性过程，其所需要的入射功率远低于受激拉曼散射所需要的入射功率。一旦达到布里渊散射阈值，受激布里渊散射将把绝大部分输入功率转换为反向斯托克斯波[GovindP.Agrawal，Nonlinear Fiber Optics，Third Edition，San Diego，CA：Academic]。显然，受激布里渊散射限制了光纤所能传输的最大功率。另外，受激布里渊散射如果不能得到完全抑制，将导致泵浦功率的随机变化，从而引起相应的信号噪声，降低了信号的质量。

目前，提高光纤中的受激布里渊散射阈值主要有以下几种：

1)制作光纤，使光纤中残留应力以抑制光纤中的受激布里渊散射。JaneBilecky Clayton等人在美国专利US005851259A中在制作掺镉光纤时，通过调制光纤中拉制时所受的应力来抑制传输光纤中的受激布里渊散射。Alan FrankEvans等人在美国专利US006542683B1在制作光纤时，通过交替变更含磷和氟掺杂物的玻璃层实现纤芯具有非均匀粘度和CTE分布，从而使得光纤中剩余、永久、非均匀应力；在拉制光纤时，受到光纤拉丝张力以及光纤离开熔炉后经历大温度梯度和快速冷却，从而增强了非均匀应力提供的受激布里渊抑制效应。这种方法主要适合非掺稀土的单模传输光纤。

2)改变光纤中的声波频率随着光纤长度的变化而变化，实现展宽布里渊增益带宽。

改变光纤中的声波频率可通过改变芯层半径随光纤长度变化[K.Shiraki，M.Ohashi，and M.Tateda，”Suppression of stimulated Brillouinscattering in a fibre by changing the core radius，”Electron.Lett.vol.31，no.8，pp.668-669，April.1995]或改变芯层掺杂浓度随光纤长度变化[K.Tsujikawa，K.Nakajima，Y.Miyajima，and M.Ohashi，”New  SBSsuppression fiber with uniform chromatic dispersion to enhance four-wavemixing，”IEEE photon.Technol.Lett.，vol.10，no.8，pp.1139-1141，Aug.1998]实现。显然，这两种方法都涉及对光纤结构的重新设计，因此，无法灵活调节光纤中的声波频率，以提高光纤中的受激布里渊散射阈值。

改变光纤中的声波频率还可通过改变温度随光纤长度变化实现。Y.Imai等人在文献[”Dependence of stimulated Brillouin scattering on temperaturedistribution in polarization-maintaining fibers，”IEEEPhoton.Technol.Lett.，vol.5，no.11，pp.1335-1337，Nov.1993]中通过增大光纤盘中不同点光纤温度差，实现提高光纤受激布里渊散射阈值的目的。这种方法，无法对光纤施加力的作用，而且主要适合非掺稀土的单模传输光纤。

改变光纤中的声波频率还可通过改变压力分布随光纤长度变化实现。Joshua E.Rothenberg等人在文献[”Suppression of Stimulated BrillouinScattering in Single-Frequency Multi-Kilowatt Fiber Amplifiers”，Proc.of SPIEVol.6873，68730O，(2008)]及美国专利US 2007/0019918与国际专利WO2007/055754中将光纤嵌入到圆形或椭圆形的转盘里，使光纤与弹性转盘的惯性轴存在偏移，对弹性转盘施加压力，使光纤受到与惯性轴偏移位置成正比的拉伸力或压缩力。Joshua E.Rothenberg等人还指出可以将光纤嵌入到椭圆梁中，利用扭转，来对椭圆梁施加压缩力，实现同样的效果。这种方法需要将光纤嵌入到弹性转盘或椭圆梁中，而且光纤表面不能受到与横截面平行方向的任何压力，实现工艺要求高，而且一旦光纤嵌入后，将不能再次使用，增加了使用成本。

中国专利申请号：201010104948.3对光纤长度为50米的单模光纤同时施加负的温度梯度和纵向压力或者同时施加正的温度梯度和纵向张力，实现抑制窄带光纤拉曼放大器中的受激布里渊散射的目的；然而此专利申请中没有给出具体的合理技术手段。Peter Krummrich等人在美国专利US2001/0019642 A1与德国专利19961514 A1中提出将传输光纤分成几个部分，对每一部分进行机械连接以使相邻部分声波不耦合；或者对光纤纵向施加非均匀性机械拉力，形成不同的光纤格栅，以扰动光波与声波或者反向光波与声波的相位关系。这种方法主要适合传输光纤，专利中也没有给出具体的在光纤上作用的机械拉力技术手段。

中国专利申请号200910237785.3通过设计内环盘、左外环盘与右外环盘的方法，解决了美国专利US 2007/0019918中容易出现的光纤表面容易受到与横截面平行方向的压力情形，以及光纤很难再次使用的问题。由于内环盘外表面为椭圆形，在椭圆形表面上刻上精度与表面粗糙度要求很高的螺旋槽，工艺要求很高。中国专利申请号200910238723.4给出了一种用于光纤光栅或光纤受激布里渊散射的多维调节装置，这种装置中的弹簧钢螺纹管的内侧螺纹加工，工艺要求与专利200910237785.3一样要求很高，而且光纤如何放置在螺旋槽中也是实现的技术难点。中国专利申请号200920350821.2将内环盘外表面设计成圆形，解决了工艺上的实现的难题，其缺点是在调节开口外环的开口两端距离，调节范围小，而且，内环的外表面为圆形，容易将开口外环作用在内环外侧上的压力分散均匀，不利于实现光纤在与横截面垂直方向上大的拉伸或压缩变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有装置工艺复杂、光纤不能再使用、光纤伸缩小等缺点，提出高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置，此装置包括桌、椭圆锥管、质量大球、第一质量小球与第二质量小球。

椭圆锥管的小口端的中心与桌的桌面同心，椭圆锥管小口端的长轴与桌面宽度的中心线重合，将椭圆锥管固定在桌的桌面上。

椭圆锥管的大口端长轴的两端分别与第一钢丝绳的一端、第二钢丝绳的一端固定连接。

第一钢丝绳的另一端、第二钢丝绳的另一端分别经过固定在桌面的侧面边缘中心上的第一定滑轮、第二定滑轮与质量大球固定连接。

椭圆锥管的大口端长轴的一个端点与第一定滑轮之间的第一钢丝绳和桌面的夹角记为α弧度，0.1≤α≤π/4。

椭圆锥管的大口端长轴的另一个端点与第二定滑轮之间的第二钢丝绳和桌面的夹角等于椭圆锥管的大口端长轴的一个端点与第一定滑轮之间的第一钢丝绳和桌面的夹角。

第一定滑轮与质量大球之间的第一钢丝绳和桌面的夹角记为β弧度，0.1≤β≤π/2-0.1。

第二定滑轮与质量大球之间的第二钢丝绳和桌面的交夹等于第一定滑轮与质量大球之间的第一钢丝绳和桌面的夹角。

椭圆锥管的大口端短轴的一个端点与第三钢丝绳的一端固定连接，第三钢丝绳的另一端与第一质量小球固定连接。

椭圆锥管的大口端短轴的另一个端点与第四钢丝绳的一端固定连接，第四钢丝绳的另一端与第二质量小球固定连接。

所述的第三钢丝绳和所述的第四钢丝绳均与水平面垂直。

本发明的有益效果具体如下：将用于高功率窄线宽放大器或激光器的掺稀土光纤，螺旋粘贴在椭圆锥管外侧壁上；在质量大球作用下，椭圆锥管外侧壁上受到拉伸力；同时在三个质量球的重力作用下，椭圆锥管外侧壁受到压缩力。在靠近第一钢丝绳、第二钢丝绳与椭圆锥管大口端两连接点的椭圆锥管外侧壁附近区域，起主要作用的是拉伸力，使得粘贴在这片区域上的光纤受到拉伸力而变长；而在靠近第三钢丝绳、第四钢丝绳与椭圆锥管大口端两连接点对应的椭圆锥管外侧壁附近区域，起主要作用的是压缩力，使得粘贴在这片区域上的光纤受到压缩力而变长；改变质量大球与第一质量小球、第二质量小球的质量或改变第一钢丝绳与质量大球的连线与桌面的交角和第二钢丝绳与质量大球的连线与桌面的交角，均能很容易地改变光纤受到的形变，从而实现提高掺稀土光纤受激布里渊散射阈值的目的。显然这种结构简易，加工工艺简单。

附图说明

图1为高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置主视图；

图2为高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置右视图；

图3为高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置左视图；

图4为高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，实施例中的尺寸单位均为毫米。

实施例一

如图1～图4所示，高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置，包括桌2、椭圆锥管4、质量大球61、第一质量小球62与第二质量小球63。

椭圆锥管4的小口端的中心与桌2的桌面同心，椭圆锥管4小口端的长轴与桌面宽度的中心线重合，将椭圆锥管4固定在桌2的桌面上。

椭圆锥管4的大口端长轴的两端分别与第一钢丝绳51的一端、第二钢丝绳52的一端固定连接。

第一钢丝绳51的另一端、第二钢丝绳52的另一端分别经过固定在桌面的侧面边缘中心上的第一定滑轮21、第二定滑轮22与质量大球61固定连接。

椭圆锥管4的大口端长轴的一个端点与第一定滑轮21之间的第一钢丝绳51和桌面的夹角记为α弧度，0.1≤α≤π/4。

椭圆锥管4的大口端长轴的另一个端点与第二定滑轮22之间的第二钢丝绳52和桌面的夹角等于椭圆锥管4的大口端长轴的一个端点与第一定滑轮21之间的第一钢丝绳51和桌面的夹角。

第一定滑轮21与质量大球61之间的第一钢丝绳51和桌面的夹角记为β弧度，0.1≤β≤π/2-0.1。

第二定滑轮22与质量大球61之间的第二钢丝绳52和桌面的交夹等于第一定滑轮21与质量大球61之间的第一钢丝绳51和桌面的夹角。

椭圆锥管4的大口端短轴的一个端点与第三钢丝绳53的一端固定连接，第三钢丝绳53的另一端与第一质量小球62固定连接。

椭圆锥管4的大口端短轴的另一个端点与第四钢丝绳54的一端固定连接，第四钢丝绳54的另一端与第二质量小球63固定连接。椭圆锥管4的厚度1～5。

第三钢丝绳53和所述的第四钢丝绳54均与水平面垂直。

第一质量小球62和所述的第二质量小球63的质量相等，所述的质量大球61是所述的第一质量小球62的质量的2sinβ/sinα。

椭圆锥管4为弹簧钢制作而成；桌2由木、铁或铝制成。

用于高功率窄线宽放大器或激光器的掺稀土光纤7，螺旋粘贴在椭圆锥管4的外侧壁上。通过质量大球61与与第一质量小球62、第二质量小球63的作用下，椭圆锥管4外侧壁一部份区域将呈现拉伸变形，一部份区域将呈现压缩变形，剩下区域将呈现不变形，使得粘贴在装置上的光纤出现相应的形变，从而实现提高高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值的目的。

实施例二

高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置，包括桌2、椭圆锥管4、质量大球61、第一质量小球62与第二质量小球63。

椭圆锥管4的小口端的中心与桌2的桌面同心，椭圆锥管4小口端的短轴与桌面宽度的中心线重合，将椭圆锥管4固定在桌2的桌面上。

椭圆锥管4的大口端短轴的两端分别与第一钢丝绳51的一端、第二钢丝绳52的一端固定连接。

第一钢丝绳51的另一端、第二钢丝绳52的另一端分别经过固定在桌面的侧面边缘中心的第一定滑轮21、第二定滑轮22与质量大球61固定连接。

椭圆锥管4的大口端长轴的一个端点与第一定滑轮21之间的第一钢丝绳51和桌面的夹角记为α弧度，0.1≤α≤π/4。

椭圆锥管4的大口端长轴的另一个端点与第二定滑轮22之间的第二钢丝绳52和桌面的夹角等于椭圆锥管4的大口端长轴的一个端点与第一定滑轮21之间的第一钢丝绳51和桌面的夹角。

第一定滑轮21与质量大球61之间的第一钢丝绳51和桌面的夹角记为β弧度，0.1≤β≤π/2-0.1。

第二定滑轮22与质量大球61之间的第二钢丝绳52和桌面的交夹等于第一定滑轮21与质量大球61之间的第一钢丝绳51和桌面的夹角。

椭圆锥管4的大口端长轴的一个端点与第三钢丝绳53的一端固定连接，第三钢丝绳53的另一端与第一质量小球62固定连接。

椭圆锥管4的大口端长轴的另一个端点与第四钢丝绳54的一端固定连接，第四钢丝绳54的另一端与第二质量小球63固定连接。

椭圆锥管4的厚度1～5。

第三钢丝绳53和所述的第四钢丝绳54均与水平面垂直。

第一质量小球62和所述的第二质量小球63的质量相等，所述的质量大球61是所述的第一质量小球62的质量的2sinβ/sinα。

椭圆锥管4为弹簧钢制作而成；桌2由木、铁或铝制成。

用于高功率窄线宽放大器或激光器的掺稀土光纤7，螺旋粘贴在椭圆锥管4的外侧壁上。通过质量大球61与与第一质量小球62、第二质量小球63的作用下，椭圆锥管4外侧壁一部份区域将呈现拉伸变形，一部份区域将呈现压缩变形，剩下区域将呈现不变形，使得粘贴在装置上的光纤出现相应的形变，从而实现提高光纤放大器受激布里渊散射阈值的目的。

实施例三

实施例三与实施例一的区别：

α弧度为0.1，β弧度为0.1，桌2由木制成。第一质量小球62、第二质量小球63的质量相等，均为10千克，质量大球61是第一质量小球62的质量的2sinβ/sinα。椭圆锥管4的厚度为1。

实施例四

实施例四与实施例一的区别：

α弧度为π/4，β弧度为1，桌2由铁制成。第一质量小球62、第二质量小球63的质量相等，均为1千克，质量大球61是第一质量小球62的质量的2sinβ/sinα。

第一钢丝绳51、第二钢丝绳52与椭圆锥管4上底面边缘两连接点为上底面边缘椭圆短轴端点，第三钢丝绳53、第四钢丝绳54与椭圆锥管4上底面边缘两连接点为下底面边缘椭圆长轴端点。椭圆锥管4的厚度为2。

实施例五

实施例五与实施例一的区别：

α弧度为π/6，β弧度为π/2-0.1，桌2由铝制成。第一质量小球62、第二质量小球63的质量相等，均为0.1千克，质量大球61是第一质量小球62的质量的2sinβ/sinα。椭圆锥管4的厚度1～5。

实施例六

实施例六与实施例一的区别：

高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置，桌由铝制成。桌面为长900，宽250，厚14。

椭圆锥管4上底面边缘为长轴330，短轴为300的椭圆，下底面边缘为长轴140，短轴为105的椭圆，椭圆锥管4高为150，椭圆锥管4的厚度为5。

α弧度为0.68；β弧度为0.53。

第一质量小球62、第二质量小球63的质量相等，均为10千克，质量大球61为16千克。

Claims (3)

1.高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置，其特征在于：此装置包括桌(2)、椭圆锥管(4)、质量大球(61)、第一质量小球(62)与第二质量小球(63)；

椭圆锥管(4)的小口端的中心与桌(2)的桌面同心，椭圆锥管(4)小口端的长轴与桌面宽度的中心线重合，将椭圆锥管(4)固定在桌(2)的桌面上；

椭圆锥管(4)的大口端长轴的两端分别与第一钢丝绳(51)的一端、第二钢丝绳(52)的一端固定连接；

第一钢丝绳(51)的另一端、第二钢丝绳(52)的另一端分别经过固定在桌面的侧面边缘中心上的第一定滑轮(21)、第二定滑轮(22)与质量大球(61)固定连接；

椭圆锥管(4)的大口端长轴的一个端点与第一定滑轮(21)之间的第一钢丝绳(51)和桌面的夹角记为α弧度，0.1≤α≤π/4；

椭圆锥管(4)的大口端长轴的另一个端点与第二定滑轮(22)之间的第二钢丝绳(52)和桌面的夹角等于椭圆锥管(4)的大口端长轴的一个端点与第一定滑轮(21)之间的第一钢丝绳(51)和桌面的夹角；

第一定滑轮(21)与质量大球(61)之间的第一钢丝绳(51)和桌面的夹角记为β弧度，0.1≤β≤π/2-0.1；

第二定滑轮(22)与质量大球(61)之间的第二钢丝绳(52)和桌面的交夹等于第一定滑轮(21)与质量大球(61)之间的第一钢丝绳(51)和桌面的夹角；

椭圆锥管(4)的大口端短轴的一个端点与第三钢丝绳(53)的一端固定连接，第三钢丝绳(53)的另一端与第一质量小球(62)固定连接；

椭圆锥管(4)的大口端短轴的另一个端点与第四钢丝绳(54)的一端固定连接，第四钢丝绳(54)的另一端与第二质量小球(63)固定连接；

所述的第三钢丝绳(53)和所述的第四钢丝绳(54)均与水平面垂直；

所述的第一质量小球(62)和所述的第二质量小球(63)的质量相等，所述的质量大球(61)是所述的第一质量小球(62)的质量的2sinβ/sinα。

2.根据权利要求1所述的高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置，其特征在于：椭圆锥管(4)的厚度为1mm～5mm。

3.根据权利要求1所述的高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的滑轮装置，其特征在于：椭圆锥管(4)为弹簧钢制作而成；桌(2)由木、铁或铝制成。

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