CN103901696A

CN103901696A - 一种非线性效应抑制光纤放置盘

Info

Publication number: CN103901696A
Application number: CN201210569761.XA
Authority: CN
Inventors: 张马驰
Original assignee: CHINA SOUTH INDUSTRIES EQUIPMENT RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: CHINA SOUTH INDUSTRIES EQUIPMENT RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明公开了一种非线性效应抑制光纤放置盘，包括底端形成有凸缘的中空圆柱形缠绕盘，还包括温度控制元件和/或锥形楔；所述温度控制元件置于所述凸缘和/或所述缠绕盘的顶端，所述锥形楔可楔入所述缠绕盘，以便所述缠绕盘发生形变。该非线性效应抑制光纤放置盘通过对光纤施加温度梯度和应力梯度，可以有效的抑制光纤传输中的非线性效应，从而保护光纤激光器并提高其输出光功率。

Description

一种非线性效应抑制光纤放置盘

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，特别是非线性效应抑制光纤放置盘。

背景技术

随着经济和科技的不断发展，应用领域对于光纤激光器的高功率要求越来越强烈。但由于光纤在使用过程中会发生以受激布里渊散射(StimulatedBrillouin Scattering，简称SBS)为主的光纤非线性效应，光纤激光器及其他光纤无源传输器件的输出光功率大量转移至后向散射布里渊光，这样就造成了光纤传输功率损失，严重的甚至会造成光纤激光器及其他光纤无源传输器件毁损。上述非线性效应在光纤激光器窄线宽(单频)的情况下尤为明显，严重的制约着单频光纤激光器的功率提升。

因此，提供一种能够有效抑制光纤传输中的非线性效应的装置成为本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种非线性效应抑制光纤放置盘，该非线性效应光纤放置盘不仅能排布光纤且有利于光纤的散热，还能有效抑制光纤传输中的非线性效应，从而提高光纤激光器的输出功率。

为实现上述目的，本发明提供一种非线性效应抑制光纤放置盘，包括底端形成有凸缘的中空圆柱形缠绕盘，还包括温度控制模块和/或锥形楔；所述温度控制模块置于所述缠绕盘的顶端和/或所述凸缘上，所述锥形楔可楔入所述缠绕盘，以便所述缠绕盘发生形变。

优选的，所述缠绕盘的盘壁上设置有轴向楔形切口，所述切口的端部形成有防撕裂口。

优选的，所述缠绕盘上设置有螺纹槽。

利用本发明所提供的非线性效应抑制光纤放置盘不仅能整齐排布光纤且有利于其散热，还能通过对排布在本发明的缠绕盘上的光纤施加温度梯度及应力梯度的方式有效的抑制光纤传输中发生的非线性效应，从而提高光纤激光器的输出功率。

附图说明

图1为本发明非线性效应抑制光纤放置盘一具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明非线性效应抑制光纤放置盘另一具体实施方式的结构示意图；

图3为布里渊增益谱随温度和应力变化而变化的示意图；

图4为布里渊增益谱受温度和应力影响的示意图；

图5为光纤上加入温度梯度后光纤激光器输出功率仿真曲线图；

图6为光纤上加入应力梯度后光纤激光器输出功率仿真曲线图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种非线性效应抑制光纤放置盘，该非线性效应抑制光纤放置盘可以有效的抑制光纤传输中发生的非线性效应，从而提高光纤激光器的输出功率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

根据非线性光学原理，对某一频率的信号光其受激布里渊的增益谱可以表示为：

g (v_{sbs}) = g_{B} \frac{Γ_{0} / 2}{F_{0} - F_{c}} \times [\tan^{- 1} (\frac{F_{0} - v_{sbs}}{Γ_{0} / 2}) - \tan^{- 1} (\frac{F_{c} - v_{sbs}}{Γ_{0} / 2})]

其中Fo和Fc表示布里渊频移：

F₀＝2·n·v/λ_s

F_{c} = 2 \cdot n \cdot v \cdot \sqrt{[1 - {(NA / n)}^{2}]} / λ_{s}

v是光纤中的声速，n是光纤纤芯的折射率，λs为信号光波长，NA是光纤的数值孔径。

同时，光纤中的温度和应力可以改变布利渊频移增益谱的宽度和大小：

g (v_{sbs}) = g_{B} \frac{Γ_{0} / 2}{F_{0}^{'} - F_{c}^{'}} \times [\tan^{- 1} (\frac{F_{0}^{'} - v_{sbs}}{Γ_{0} / 2}) - \tan^{- 1} (\frac{F_{c}^{'} - v_{sbs}}{Γ_{0} / 2})]

其中：

F′₀＝2·n·v/λ_s(1+C_s·ε)+C_T·T

F_{c}^{'} = 2 \cdot n \cdot v \cdot \sqrt{[1 - {(NA / n)}^{2}]} / λ_{s} (1 + C_{s} \cdot ϵ) + C_{T} \cdot T

上述公式反映的是温度和应力对布利渊频移影响的具体表现。Cs和Ct分别表示温度频移因子和应力频移因子。请参考图3至图6，图3为布里渊增益谱随温度和应力变化而变化的示意图；图4为布里渊增益谱受温度和应力影响的示意图；图5为光纤上加入温度梯度后光纤激光器输出功率仿真曲线图；图6为光纤上加入应力梯度后光纤激光器输出功率仿真曲线图，根据以上几幅附图可以看出，施加了温度梯度或应力梯度的光纤可以大大提升光纤激光器的输出功率，有效的抑制光纤非线性效应。

本发明所提供的非线性效应抑制光纤放置盘结合上述原理，包括中空的圆柱状缠绕盘1，缠绕盘1的底端形成有凸缘11。本文所述缠绕盘，系指用于缠绕并排布光纤的部分，是光纤的放置载体。为了能够对排布在缠绕盘上的光纤施加温度梯度，在缠绕盘1的凸缘11及缠绕盘1的顶端上设置温度控制模块，当然也可以只在缠绕盘的凸缘11或者其顶端设置，本文所述温度控制模块可以提供制冷及加热功能，从而为缠绕盘上的光纤提供温度梯度，温度控制模块包括温度传感器、温度显示器、温度控制器及具备加热和制冷功能的加热制冷元件，当然，温度控制模块也可以是其他能够为缠绕盘上的光纤提供温度梯度的装置组成。为了能够对排布在缠绕盘上的光纤施加应力梯度，本发明采用在缠绕盘中打入锥形楔的方式，将缠绕盘撑大扩张成一端细一端粗的倒圆台形状，从而可以之前排布在缠绕盘不同位置处的光纤受到不同的拉应力，形成光纤所受应力的应力梯度。对于本发明来说，既可以只对光纤施加温度梯度，即在缠绕盘上设置温度控制模块；也可以只施加应力梯度，即设置锥形楔；也可以同时设置这两种能够对光纤非线性效应进行抑制的方式。为了能够达到更好的非线性效应抑制效果，制作缠绕盘的材料可以是具有良好弹性和导热性的材料，如黄铜或紫铜等。

进一步的，可以在缠绕盘的外壁上设置螺纹刻槽12，这样既有利于光纤的固定和均匀排布，同时也加大了光纤与缠绕盘的接触面积，有利于光纤的散热，从而起到一定的热效应抑制。

为了能够增加缠绕盘的形变能力，可以在缠绕盘的盘壁上设置轴向楔形切口13，楔形切口13伸入缠绕盘1中的一端形成有防撕裂口14，可以防止缠绕盘在打入锥形楔时沿着切口进一步撕裂，同时防撕裂口14的设置也能起到促进导热的作用。

请参考图1，图1为本发明所提供的非线性效应抑制光纤放置盘的一种具体实施方式。该非线性效应抑制光纤放置盘包括中空的圆柱状缠绕盘1，缠绕盘1的外壁上设置有螺纹刻槽12，用于缠绕和排布光纤；缠绕盘的底端形成有凸缘11；在缠绕盘1的顶端上设置有温度控制模块为光纤提供温度梯度，温度控制模块包括TEC加热制冷片22、设置在TEC加热制冷片上的温度传感器23、与TEC加热制冷片连接的温度控制器24及连接温度传感器与温度控制器的探头温度显示器25，为了将TEC加热制冷片22更好的固定在缠绕盘1的顶端上，在缠绕盘的上部设置光纤放置盘顶盖21。

请参看图2，图2为本发明所提供的非线性效应抑制光纤放置盘的另一种具体实施方式的结构示意图。在缠绕盘1的盘壁上设置有轴向楔形切口13，楔形切口13伸入缠绕盘1中的一端形成有防撕裂口14，锥形楔可以在将光纤缠绕到缠绕盘1上之后从缠绕盘1的顶端打入缠绕盘中，从而将缠绕盘撑大扩张成一端细一端粗的倒圆台形状，形成光纤所受应力的应力梯度。

采用上述具体实施例提供的非线性效应抑制光纤放置盘，可以为光纤提供温度梯度及应力梯度。当光纤上的温度和应力不同时，其布利渊增益谱也会不同。在施加温度和应力梯度后，受激布里渊增益谱也随着光纤位置的变化而变化。将不同SBS频率对应的受激布里渊增益谱积分平均后可以得到温度梯度和应力梯度影响下的受激布里渊增益谱，如图4所示。从图4中可以看到，由于温度和应力梯度的影响，受激布里渊增益谱的线宽增加，峰值降低。宽带的布里渊增益谱会导致SBS光的能量被更均匀的分布至不同的频率上，从而抑制某一SBS频率光功率被过度的放大，使SBS光总的输出功率下降，增大SBS阈值。通过数值计算的方法同样可以说明温度梯度和应力梯度对光纤激光器输出光功率的影响。图5及图6中分别展示了一根光纤上温度梯度和应力梯度影响下输出光功率的变化。其中虚线表示信号光功率，表示泵浦光功率，而黑色点表示SBS光功率。可以看到在光纤上加入温度梯度和应力梯度后输出功率提升近7倍。

以上对本发明所提供的非线性效应抑制光纤放置盘进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种非线性效应抑制光纤放置盘，包括底端形成有凸缘的中空圆柱形缠绕盘，其特征在于，还包括温度控制模块和/或锥形楔；所述温度控制模块置于所述缠绕盘的顶端和/或所述凸缘上，所述锥形楔可楔入所述缠绕盘，以便所述缠绕盘发生形变。

2.根据权利要求1所述的非线性效应抑制光纤放置盘，其特征在于，所述缠绕盘的盘壁上设置有轴向楔形切口，所述切口的端部形成有防撕裂口。

3.根据权利要求1或2中所述的非线性效应抑制光纤放置盘，其特征在于，所述缠绕盘上设置有螺纹槽。