CN102331651B - 两稀土超磁致伸缩体的光纤受激布里渊散射阈值提高装置 - Google Patents

两稀土超磁致伸缩体的光纤受激布里渊散射阈值提高装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了两稀土超磁致伸缩体的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，属于高功率窄线宽光纤激光器、窄线宽光纤放大器领域。解决了现有的工艺要求高、调节光纤的长度短及不可控等缺点。两稀土超磁致伸缩体的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，包括第一稀土超磁致伸缩体(1)、第二稀土超磁致伸缩体(2)、交变电流源(3)、螺旋线圈(4)、固定底座(5)；第一稀土超磁致伸缩体(1)、第二稀土超磁致伸缩体(2)放置在固定底座(5)的凹槽内；螺旋线圈(4)套在第一稀土超磁致伸缩体(1)、第二稀土超磁致伸缩体(2)外部，放置在固定底座(5)上；交变电流源(3)与螺旋线圈(4)的两端连接。该装置调节范围宽，受交变电流源控制。

Description

两稀土超磁致伸缩体的光纤受激布里渊散射阈值提高装置
技术领域
本发明涉及光纤受激布里渊散射阈值提高装置，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 Brillouin scattering ina 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 SBS suppressionfiber with uniform chromatic dispersion to enhance four-wave mixing，”IEEEphoton.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 temperature distributionin 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。JoshuaE.Rothenberg等人在文献[”Suppression of Stimulated Brillouin Scattering inSingle-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，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US 2001/0019642A1与德国专利19961514A1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噪度要求很高的螺旋槽，工艺要求很高。中国专利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的拉伸或压缩变化。
稀土超磁致伸缩材料的制备在专利号200510039001.8、03127241.X以及93106941.6中均有提及。而磁致伸缩材料在光栅的调谐作用在专利号200910072389.X得到体现，然而实现米级长度的光纤的调节，依靠磁致伸缩膜是无法实现的。
发明内容
现有文献与专利中存在工艺要求很高、光纤受力分布改变小或调节光纤的长度短等缺点。为了克服这些缺点，本发明提出了两稀土超磁致伸缩体的光纤受激布里渊散射阈值提高装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
两稀土超磁致伸缩体的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，该装置包括第一稀土超磁致伸缩体、第二稀土超磁致伸缩体、交变电流源、螺旋线圈、固定底座。
第一稀土超磁致伸缩体、第二稀土超磁致伸缩体放置在固定底座的凹槽内；
螺旋线圈套在第一稀土超磁致伸缩体、第二稀土超磁致伸缩体外部，放置在固定底座上；
交变电流源与螺旋线圈的两端连接。
所述的第一稀土超磁致伸缩体由正超磁致伸缩效应的材料制成；所述的第二稀土超磁致伸缩体由负超磁致伸缩效应的材料制成。
所述的第一稀土超磁致伸缩体和第二稀土超磁致伸缩体，均为实心半椭圆柱体或半椭圆环柱体。
所述的固定底座的中部对称设半椭圆凹槽，固定底座由弹簧钢制成。
本发明的有益效果具体如下：调节交变电流源电流，将对应改变螺旋线圈产生的磁场，从而改变第一稀土超磁致伸缩体伸长与第二稀土超磁致伸缩体压缩，使得粘贴在第一稀土超磁致伸缩体的光纤伸长、粘贴在第二稀土超磁致伸缩体的光纤缩短。由于光纤在第一稀土超磁致伸缩体与第二稀土超磁致伸缩体之间悬空，使得这段光纤不形变；从而实现提高光纤受激布里渊散射阈值的目的。该装置调节范围宽，受交变电流源控制。
附图说明
图1为两稀土超磁致伸缩体的光纤受激布里渊散射阈值提高装置的主视图。
图2为第一、第二稀土超磁致伸缩体为半椭圆柱体时图1的A_A视图。
图3为第一、第二稀土超磁致伸缩体为半椭圆环柱体时图1的A_A视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
两稀土超磁致伸缩体的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，如图1～图3所示。
该装置包括第一稀土超磁致伸缩体1、第二稀土超磁致伸缩体2、交变电流源3、螺旋线圈4、固定底座5。
第一稀土超磁致伸缩体1、第二稀土超磁致伸缩体2放置在固定底座5的凹槽内；
螺旋线圈4套在第一稀土超磁致伸缩体1、第二稀土超磁致伸缩体2外部，放置在固定底座5上；
交变电流源3与螺旋线圈4的两端连接。
所述的第一稀土超磁致伸缩体1由正超磁致伸缩效应的材料制成；所述的第二稀土超磁致伸缩体2由负超磁致伸缩效应的材料制成。
所述的第一稀土超磁致伸缩体1和第二稀土超磁致伸缩体2，均为实心半椭圆柱体或半椭圆环柱体。
所述的固定底座5的中部对称设半椭圆凹槽，固定底座5由弹簧钢制成。

Claims (4)

1.两稀土超磁致伸缩体的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，其特征在于：
该装置包括第一稀土超磁致伸缩体（1）、第二稀土超磁致伸缩体（2）、交变电流源（3）、螺旋线圈（4）、固定底座（5）；
第一稀土超磁致伸缩体（1）、第二稀土超磁致伸缩体（2）放置在固定底座（5）的凹槽内；
螺旋线圈（4）套在第一稀土超磁致伸缩体（1）、第二稀土超磁致伸缩体（2）外部，放置在固定底座（5）上；
该装置还包括光纤（6），粘贴在第一稀土超磁致伸缩体（1）和第二稀土超磁致伸缩体（2）上，并在第一稀土超磁致伸缩体（1）和第二稀土超磁致伸缩体（2）之间悬空；
交变电流源（3）与螺旋线圈（4）的两端连接。
2.根据权利要求1所述的两稀土超磁致伸缩体的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，其特征在于：
所述的第一稀土超磁致伸缩体（1）由正超磁致伸缩效应的材料制成；所述的第二稀土超磁致伸缩体（2）由负超磁致伸缩效应的材料制成。
3.根据权利要求1所述的两稀土超磁致伸缩体的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，其特征在于：
所述的第一稀土超磁致伸缩体（1）和第二稀土超磁致伸缩体（2），均为实心半椭圆柱体或半椭圆环柱体。
4.根据权利要求1所述的两稀土超磁致伸缩体的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，其特征在于：
所述的固定底座（5）的中部对称设半椭圆凹槽，固定底座（5）由弹簧钢制成。
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