CN102385215A - 多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置 - Google Patents
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Abstract
多扇环柱体压电陶瓷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放大器领域。克服了现有技术中存在工艺要求很高、光纤受力分布改变小、调节光纤的长度短的缺点。该装置中的第一、二组扇环柱体压电陶瓷均包括N个结构和尺寸相同的扇环柱体压电陶瓷。按第一组扇环柱体压电陶瓷的正极与第二组扇环柱体压电陶瓷的负极位于绝缘实心圆柱体的一端，第一组扇环柱体压电陶瓷的负极与第二组扇环柱体压电陶瓷的正极位于绝缘实心圆柱体的另一端，紧贴在绝缘实心圆柱体的外表面上，两端分别用第一、二弹性箍圈箍紧。每一个扇环柱体压电陶瓷两端分别与直流电压源的正负极连接。光纤盘绕粘贴在第一、二组扇环柱体压电陶瓷的外表面。
Description
技术领域
本发明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.6873，687300，(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。
压电陶瓷在中国专利号2008101173745.X、200810117346.4、01136576.5、02159351.5以及中国专利申请号201110053369.5中实现光纤光栅的调谐或封装，可调谐的光纤长度短，无法实现高功率光纤激光器中采用的3～10米的光纤的受激布里渊散射阈值的调节。
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。提出了一种多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置。
本发明的技术方案：
多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，该装置包括直流电压源、绝缘实心圆柱体、第一组扇环柱体压电陶瓷、第二组扇环柱体压电陶瓷、第一弹性箍圈与第二弹性箍圈。
第一组扇环柱体压电陶瓷与第二组扇环柱体压电陶瓷中均包括N个扇环柱体压电陶瓷，每一个扇环柱体压电陶瓷结构和尺寸相同，每一组中的N个扇环柱体压电陶瓷均按同极性为一端排列，每一组中的N个扇环柱体压电陶瓷的内扇形弧度之和为0.5π～0.96π，N为1～32的整数。
按第一组扇环柱体压电陶瓷的正极与第二组扇环柱体压电陶瓷的负极位于绝缘实心圆柱体的一端，第一组扇环柱体压电陶瓷的负极与第二组扇环柱体压电陶瓷的正极位于绝缘实心圆柱体的另一端，紧贴在绝缘实心圆柱体的外表面上，两端分别用第一弹性箍圈和第二弹性箍圈将两组扇环柱体压电陶瓷箍住。
第一组扇环柱体压电陶瓷的每一个扇环柱体压电陶瓷的正极的电压引线与直流电压源的正级连接；第一组扇环柱体压电陶瓷的每一个扇环柱体压电陶瓷的负极的电压引线与直流电压源的负级连接。
第二组扇环柱体压电陶瓷的每一个扇环柱体压电陶瓷的负极的电压引线与直流电压源的正极连接；第二组扇环柱体压电陶瓷的每一个扇环柱体压电陶瓷的正极的电压引线与直流电压源的负极连接。
光纤盘绕粘贴在第一组和第二组扇环柱体压电陶瓷的外表面。
第一组扇环柱体压电陶瓷与第二组扇环柱体压电陶瓷的内扇形半径相等，均等于绝缘实心圆柱体外圆的半径，第一组扇环柱体压电陶瓷与第二组扇环柱体压电陶瓷的外扇形半径相等。
本发明的有益效果具体如下：
本发明的技术方案制作工艺简单，调节光纤的长度短，光纤受力分布改变大，光纤受激布里渊散射阈值可控。
附图说明
图1每组为一个扇环柱体压电陶瓷的多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置的主视图。
图2图1的两组扇环柱体压电陶瓷与绝缘实心圆柱体构成的俯视图。
图3每组为十六个扇环柱体压电陶瓷的多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置的主视图。
图4图3的两组扇环柱体压电陶瓷与绝缘实心圆柱体构成的俯视图。
图5每组为三十二个扇环柱体压电陶瓷的多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置的主视图。
图6图5的两组扇环柱体压电陶瓷与绝缘实心圆柱体构成的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例一
多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，该装置包括：直流电压源6、绝缘实心圆柱体3、第一组扇环柱体压电陶瓷11、第二组扇环柱体压电陶瓷21、第一弹性箍圈41与第二弹性箍圈42。
第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21中均包括N个扇环柱体压电陶瓷，每一个扇环柱体压电陶瓷结构和尺寸相同，每一组中的N个扇环柱体压电陶瓷均按同极性为一端排列，每一组中的N个扇环柱体压电陶瓷的内扇形弧度之和为0.5π～0.96π，N为1～32的整数。
按第一组扇环柱体压电陶瓷11的正极与第二组扇环柱体压电陶瓷21的负极位于绝缘实心圆柱体3的一端，第一组扇环柱体压电陶瓷11的负极与第二组扇环柱体压电陶瓷21的正极位于绝缘实心圆柱体3的另一端，紧贴在绝缘实心圆柱体3的外表面上，两端分别用第一弹性箍圈41和第二弹性箍圈42将两组扇环柱体压电陶瓷箍住。采用两个弹性箍圈的目的是使第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21组在直流电压源6作用下自由伸缩。
第一组扇环柱体压电陶瓷11的每一个扇环柱体压电陶瓷的正极的电压引线与直流电压源6的正级连接；第一组扇环柱体压电陶瓷11的每一个扇环柱体压电陶瓷的负极的电压引线与直流电压源6的负级连接。
第二组扇环柱体压电陶瓷21的每一个扇环柱体压电陶瓷的负极的电压引线与直流电压源6的正极连接；第二组扇环柱体压电陶瓷21的每一个扇环柱体压电陶瓷的正极的电压引线与直流电压源6的负极连接。
光纤7盘绕粘贴在第一组和第二组扇环柱体压电陶瓷的外表面。
第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21的内扇形半径相等，均等于绝缘实心圆柱体外圆的半径，第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21的外扇形半径相等。
第一弹性箍圈与第二弹性箍圈由弹簧钢、弹性塑料或橡胶制成。
调节直流电压源6的电压，将改变第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21的伸缩长度。由于第一组扇环柱体压电陶瓷11与直流电压源电压的极性相同，第一组扇环柱体压电陶瓷纵向上出现伸长，第二组扇环柱体压电陶瓷21与直流电压源电压的极性相反，第二组扇环柱体压电陶瓷21纵向上出现压缩，由于光纤在第一组粘贴曲线路径与第二组粘贴曲线路径之间悬空，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。
实施例二
多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，如图1～图2所示，该装置包括直流电压源6、绝缘实心圆柱体3、第一组扇环柱体压电陶瓷11、第二组扇环柱体压电陶瓷21、第一弹性箍圈41与第二弹性箍圈42。
第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21中均包括一个扇环柱体压电陶瓷，每一个扇环柱体压电陶瓷结构和尺寸相同，每一组中的一个扇环柱体压电陶瓷均按同极性为一端排列，每一组中的一个扇环柱体压电陶瓷的内扇形弧度之和为0.5π。
按第一组扇环柱体压电陶瓷11的正极与第二组扇环柱体压电陶瓷21的负极位于绝缘实心圆柱体3的一端，第一组扇环柱体压电陶瓷11的负极与第二组扇环柱体压电陶瓷21的正极位于绝缘实心圆柱体3的另一端，紧贴在绝缘实心圆柱体3的外表面上，两端分别用第一弹性箍圈41和第二弹性箍圈42将两组扇环柱体压电陶瓷箍住。
第一组扇环柱体压电陶瓷11的每一个扇环柱体压电陶瓷的正极的电压引线与直流电压源6的正级连接；第一组扇环柱体压电陶瓷11的每一个扇环柱体压电陶瓷的负极的电压引线与直流电压源6的负级连接。
第二组扇环柱体压电陶瓷21的每一个扇环柱体压电陶瓷的负极的电压引线与直流电压源6的正极连接；第二组扇环柱体压电陶瓷21的每一个扇环柱体压电陶瓷的正极的电压引线与直流电压源6的负极连接。
光纤7盘绕粘贴在第一组和第二组扇环柱体压电陶瓷的外表面。
第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21的内扇形半径相等，均等于绝缘实心圆柱体外圆的半径，第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21的外扇形半径相等。
第一弹性箍圈与第二弹性箍圈由弹簧钢、弹性塑料或橡胶制成。
实施例三
多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，如图3～图4所示，该装置包括直流电压源6、绝缘实心圆柱体3、第一组扇环柱体压电陶瓷11、第二组扇环柱体压电陶瓷21、第一弹性箍圈41与第二弹性箍圈42。
第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21中均包括十六个扇环柱体压电陶瓷，每一个扇环柱体压电陶瓷结构和尺寸相等，每一组中的十六个扇环柱体压电陶瓷均按同极性为一端排列，每一组中的十六个扇环柱体压电陶瓷的内扇形弧度之和为0.8π。
按第一组扇环柱体压电陶瓷11的正极与第二组扇环柱体压电陶瓷21的负极位于绝缘实心圆柱体3的一端，第一组扇环柱体压电陶瓷11的负极与第二组扇环柱体压电陶瓷21的正极位于绝缘实心圆柱体3的另一端，紧贴在绝缘实心圆柱体3的外表面上，两端分别用第一弹性箍圈41和第二弹性箍圈42将两组扇环柱体压电陶瓷箍住。
第一组扇环柱体压电陶瓷11的每一个扇环柱体压电陶瓷的正极的电压引线与直流电压源6的正级连接；第一组扇环柱体压电陶瓷11的每一个扇环柱体压电陶瓷的负极的电压引线与直流电压源6的负级连接。
第二组扇环柱体压电陶瓷21的每一个扇环柱体压电陶瓷的负极的电压引线与直流电压源6的正极连接；第二组扇环柱体压电陶瓷21的每一个扇环柱体压电陶瓷的正极的电压引线与直流电压源6的负极连接。
光纤7盘绕粘贴在第一组和第二组扇环柱体压电陶瓷的外表面。
第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21的内扇形半径相等，均等于绝缘实心圆柱体外圆的半径，第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21的外扇形半径相等。
第一弹性箍圈与第二弹性箍圈由弹簧钢、弹性塑料或橡胶制成。
实施例四
多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，如图5～图6所示，该装置包括直流电压源6、绝缘实心圆柱体3、第一组扇环柱体压电陶瓷11、第二组扇环柱体压电陶瓷21、第一弹性箍圈41与第二弹性箍圈42。
第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21中均包括三十二个扇环柱体压电陶瓷，每一个扇环柱体压电陶瓷结构和尺寸相同，每一组中的N个扇环柱体压电陶瓷均按同极性为一端排列，每一组中的三十二个扇环柱体压电陶瓷的内扇形弧度之和为0.96π。
按第一组扇环柱体压电陶瓷11的正极与第二组扇环柱体压电陶瓷21的负极位于绝缘实心圆柱体3的一端，第一组扇环柱体压电陶瓷11的负极与第二组扇环柱体压电陶瓷21的正极位于绝缘实心圆柱体3的另一端，紧贴在绝缘实心圆柱体3的外表面上，两端分别用第一弹性箍圈41和第二弹性箍圈42将两组扇环柱体压电陶瓷箍住。
第一组扇环柱体压电陶瓷11的每一个扇环柱体压电陶瓷的正极的电压引线与直流电压源6的正级连接；第一组扇环柱体压电陶瓷11的每一个扇环柱体压电陶瓷的负极的电压引线与直流电压源6的负级连接。
第二组扇环柱体压电陶瓷21的每一个扇环柱体压电陶瓷的负极的电压引线与直流电压源6的正极连接；第二组扇环柱体压电陶瓷21的每一个扇环柱体压电陶瓷的正极的电压引线与直流电压源6的负极连接。
光纤7盘绕粘贴在第一组和第二组扇环柱体压电陶瓷的外表面。
第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21的内扇形半径相等，均等于绝缘实心圆柱体外圆的半径，第一组扇环柱体压电陶瓷11与第二组扇环柱体压电陶瓷21的外扇形半径相等。
第一弹性箍圈与第二弹性箍圈由弹簧钢、弹性塑料或橡胶制成。
Claims (3)
1.多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，其特征在于：该装置包括直流电压源(6)、绝缘实心圆柱体(3)、第一组扇环柱体压电陶瓷(11)、第二组扇环柱体压电陶瓷(21)、第一弹性箍圈(41)与第二弹性箍圈(42)；
第一组扇环柱体压电陶瓷(11)与第二组扇环柱体压电陶瓷(21)中均包括N个扇环柱体压电陶瓷，每一个扇环柱体压电陶瓷结构和尺寸相同，每一组中的N个扇环柱体压电陶瓷均按同极性为一端排列，每一组中的N个扇环柱体压电陶瓷的内扇形弧度之和为0.5π～0.96π，N为1～32的整数；
按第一组扇环柱体压电陶瓷(11)的正极与第二组扇环柱体压电陶瓷(21)的负极位于绝缘实心圆柱体(3)的一端，第一组扇环柱体压电陶瓷(11)的负极与第二组扇环柱体压电陶瓷(21)的正极位于绝缘实心圆柱体(3)的另一端，紧贴在绝缘实心圆柱体(3)的外表面上，两端分别用第一弹性箍圈(41)和第二弹性箍圈(42)将两组扇环柱体压电陶瓷箍住；
第一组扇环柱体压电陶瓷(11)的每一个扇环柱体压电陶瓷的正极的电压引线与直流电压源(6)的正级连接；第一组扇环柱体压电陶瓷(11)的每一个扇环柱体压电陶瓷的负极的电压引线与直流电压源(6)的负级连接；
第二组扇环柱体压电陶瓷(21)的每一个扇环柱体压电陶瓷的负极的电压引线与直流电压源(6)的正极连接；第二组扇环柱体压电陶瓷(21)的每一个扇环柱体压电陶瓷的正极的电压引线与直流电压源(6)的负极连接；
光纤(7)盘绕粘贴在第一组和第二组扇环柱体压电陶瓷的外表面。
2.根据权利要求1中所述的一种基于多个扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，其特征在于：
第一组扇环柱体压电陶瓷(11)与第二组扇环柱体压电陶瓷(21)的内扇形半径相等，均等于绝缘实心圆柱体外圆的半径，第一组扇环柱体压电陶瓷(11)与第二组扇环柱体压电陶瓷(21)的外扇形半径相等。
3.根据权利要求1中所述的一种基于多个扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置，其特征在于：第一弹性箍圈与第二弹性箍圈由弹簧钢、弹性塑料或橡胶制成。
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