CN102608829B - 光纤中抑制脉冲激光束受激布里渊散射的较佳方法 - Google Patents

Abstract

一种光纤中受激布里渊散射抑制方法，线偏振脉冲激光器输出的激光束直接耦合进入光纤，所述光纤中掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质，并且在所述掺杂光纤上始终设置有沿光纤长度方向分布的磁场，其特征在于，通过设置掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质的光纤长度以及所施加的磁场强度使得脉冲激光束经过所述掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质后相互垂直的两个偏振态各自占据脉冲激光束长度的一半。

Description

光纤中抑制脉冲激光束受激布里渊散射的较佳方法

技术领域

本发明涉及受激布里渊散射，属于光电子技术领域。

背景技术

将光纤用于激光传输属于光纤最基本的应用之一，如果其中传输的能量较大一般都会发生受激布里渊散射，受激布里渊散射发生之后会带来多种不利结果，例如，造成向前传输激光束能量的急剧衰减，或者对光纤本身带来破坏性的作用，但是，在一些情况，又必须要在光纤中传输大能量的窄线宽的激光束，此时受激布里渊散射的发生就是不可避免的，但是受激布里渊散射发生之后就带来上述的不利结果，为了避免光纤中受激布里渊散射的发生，现有技术中中国专利申请CN20110259143.0提出了一种光纤中受激布里渊散射抑制装置，其包括线偏振激光器输出的激光束直接耦合进入光纤，所述光纤中掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质，并且在所述掺杂光纤上始终设置有沿光纤长度方向分布的磁场。如图1和图2所示出的那样。该装置对于布里渊散射具有一定的抑制作用是毋庸置疑的，但是该申请中的方法应用起来存在一定的局限性，具体体现在：由于是在掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质的光纤内对受激布里渊散射进行抑制，如果想要获得较好的受激布里渊散射抑制作用，那么光纤中掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质的光纤长度不能太短，也即需要达到一定的长度才能表现出较好的抑制作用，因为其中的磁场是始终施加的，那么所造成的结果就是只有当激光处于掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质的光纤中才会受激布里渊散射具有抑制作用，而当激光束离开掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质的光纤后，就不再具有受激布里渊散射抑制，那么带来的问题就是需要将掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质的光纤做得比较长，甚至是在整个光纤中都掺杂有上述法拉第顺磁或逆磁物质，但是这种做法带来的问题不仅是成本高，而且导致器件结构复杂。本发明就是为了解决上述问题而提出的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明将光纤外面始终施加的磁场变为周期性的施加，同时缩短掺杂法拉第顺磁或逆磁物质光纤的长度，只是在光纤的起始端处掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质，其中施加有磁场的时候，激光束经过掺杂法拉第顺磁或逆磁物质光纤后偏振态会旋转90度，在没有施加磁场的时候，偏振态则不会发生任何变化，脉冲激光束在进入光纤之后激光束的偏振态就会由原来的单一线偏振变为两种相互垂直的线偏振态，根据周期施加的磁场强度以及掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质光纤的长度，线偏振的激光束穿过磁致旋光介质之后大致会出现如图3a-3f的情形。

首先来看图3a和3b，当掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质的光纤长度为零时，脉冲激光束穿过光纤之后其仍旧保持单一的线偏振态，或为S偏振，或为P偏振，也即在整个脉冲长度上只有S偏振或P偏振，此时受激布里渊的信号强度为最大的，也即对于激光束的受激布里渊散射没有抑制作用。

接着来看图3c和3d，在整个脉冲长度上，之后很少一部分的激光束的偏振态被改变了，可以想象的是，此时法拉第顺磁或逆磁物质对于受激布里渊散射就起到了一定的作用，因为至少在脉冲结束的那一小段上偏振态与前面的部分是相互垂直的，图3c和图3d示出的情况相对于图3a和图3b示出的情况来说，已经具有了受激布里渊散射的抑制作用，但是，可以理解，其抑制作用肯定不是最强的。

再来看图3e，其中一种偏振态占据了整个脉冲长度的三分之一，另外一种偏振态占据了整个脉冲长度的三分之二，可以想象的是图3e所示出情况的抑制效果要好于图3c和图3d的抑制效果。

最后来看图3f，在这个图中，任何一种偏振态都占据了整个脉冲长度的一半，也即整个脉冲长度被两种相互垂直的偏振态平均占据了，此时图3f所示出抑制效果比图3e所示出的抑制效果相比是好还是不好。

为了解决上述的问题，我们先在理论上分析一下受激布里渊散射。我们知道，受激布里渊光的信号强度其中I_s表示受激布里渊散射光的信号强度，I_p表示入射的激光束强度，g₀表示受激布里渊散射增益系数，l表示受激布里渊散射光与入射的激光之间的相互作用长度。

对于一般的纳秒以及飞秒或皮秒激光器来说，其脉冲长度最长的应该是纳秒激光器，对于几个纳秒脉冲长度的激光束，其所具有的脉冲长度约为2米左右(对于光纤或水等传输介质来说)，那么其中最长的相互作用长度为脉冲长度的一半，也即为1米左右，在这个长度或更短的距离上，对于通常所用的光传输介质来说，可以忽略激光束的衰减，也即认为I_p为一常数，受激布里渊散射增益系数g₀只与激光传输介质的材料特性有关，其为一常数，我们假设S(或P)偏振态所占据的长度为x，那么该偏振态的实际相互作用长度应该为而P(或S)偏振态所占据的长度就应该为其实际的相互作用长度为其中c表示光速，n表示激光束在其中传播的介质折射率，T为脉冲激光束的脉冲宽度，那么该脉冲激光束在介质中产生的受激布里渊散射光强其中I_ss表示该脉冲激光束中两个偏振态(P偏振和S偏振态)所产生的总受激布里渊散射强度，表示S(或P)偏振态所产生的受激布里渊散射光强，表示P(或S)偏振态所产生的受激布里渊散射光强，对I_ss求导得到极值可得，当时脉冲激光束所产生的总受激布里渊光强得到极值，根据上面的分析可以得到该极值应该为最小值，那么可以得出这样的结论，当一种偏振态(S或P偏振态)占据整个脉冲长度的一半时可以得到最好的抑制效果，也即图3f所示出的情况。

本发明包括：

一种光纤中受激布里渊散射抑制方法，线偏振激光器输出的激光束直接耦合进入光纤，所述光纤的起始端处掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质，其特征在于，对于所述掺杂光纤进行周期性的施加磁场，所述掺杂光纤的长度以及所施加的磁场强度使得脉冲激光束经过所述掺杂光纤后相互垂直的两个线偏振态各自占据脉冲激光束长度的一半。

根据本发明的光纤中受激布里渊散射抑制方法，其中所述的各自占据脉冲长度的一半为每个偏振态连续的占据脉冲长度的一半。

附图说明

图1是现有技术中受激布里渊散射抑制装置的第一实施例的示意图；

图2为现有技术中受激布里渊散射抑制装置的第二实施例示意图。

图3a-3f是本发明中两种偏振态(S和P)在脉冲激光束的长度上占据不同距离的示意图。

具体实施方式

在图1中，1表示光纤，2表示线圈，其中光纤的起始端处掺杂有Tb³⁺、Dy³⁺，Pr³⁺稀土离子或掺杂有Bi⁺³，Pb²⁺，Sb³⁺离子，在光纤外设置有通电线圈。其中Tb³⁺、Dy³⁺，P产均为顺磁物质，而Bi⁺³，Pb²⁺，Sb³⁺离子均为逆磁物质。当激光在上述光纤中传播时，由于掺杂离子的法拉第旋光效应，其中反向传输的布里渊散射光将不再具有与后面激光相同的偏振态，并且由于磁场是在激光束的传播过程中始终施加的，那么反向传输的布里渊散射光的偏振方向在反向传输过程中，其偏振方向不断的发生旋转，也即越向后传播的越远，与原激光束的偏振方向相差的越多，这首先保证了在掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质的光纤内可以对受激布里渊散射进行抑制，同时，通过合理的设置掺杂有顺磁或逆磁物质光纤的长度和所施加的电流强度，使得脉冲激光束穿过所述顺磁或逆磁物质后，偏振态相互垂直的两个线偏振态各自占据脉冲激光束长度的一半，也即如图3f所示的情形，这样的激光束在继续向前传输的过程中，由于激光束本身具有了两种相互垂直的偏振态，同时还是各自占据了脉冲长度的一半，所以其在光纤中传输时同时可以较好的抑制受激布里渊散射的发生。

图2中是将通电线圈换为了永磁体3，其中的磁场由永磁体3所产生。通过合理的设置掺杂有顺磁或逆磁物质光纤的长度和所施加的磁场强度，使得脉冲激光束穿过所述顺磁或逆磁物质后，偏振态相互垂直的两个偏振态各自占据脉冲激光束长度的一半，也即如图3f所示的情形。

通过上述的方法，避免了制作很大长度的掺杂光纤，同时又较好的保持了对受激布里渊散射的抑制作用。

Claims (1)

1.一种光纤中脉冲激光受激布里渊散射抑制方法，线偏振脉冲激光器输出的脉冲激光束直接耦合进入光纤，所述光纤的起始端处掺杂有法拉第顺磁或逆磁物质，其特征在于，对于所述掺杂光纤进行周期性的施加磁场，所述脉冲激光束为几个纳秒脉冲长度的激光束，在这个长度或更短的距离上，对于通常所用的光传输介质来说，可以忽略激光束的衰减，T为脉冲激光束的脉冲宽度，该脉冲激光束在介质中产生的受激布里渊散射光强表示为其中I_ss表示该脉冲激光束中两个偏振态所产生的总受激布里渊散射强度，I_p表示入射的激光束强度，g₀表示受激布里渊散射增益系数，表示一种偏振态所产生的受激布里渊散射光强，表示另外一种偏振态所产生的受激布里渊散射光强，其中c表示光速，n表示激光束在其中传播的介质折射率，x为一种偏振态所占据的脉冲长度，对I_ss求导，得到当时脉冲激光束所产生的总受激布里渊光强得到极值，通过合理的设置掺杂有顺磁或逆磁物质光纤的长度和所施加的磁场强度，使得脉冲激光束经过所述掺杂光纤后相互垂直的两个线偏振态各自占据脉冲激光束脉冲长度的一半，其中所述的各自占据脉冲长度的一半为每个偏振态连续的占据脉冲长度的一半。