CN115566518B - 利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中mi效应的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法及装置，方法包括：将磁致伸缩材料通过涂覆、和/或粘连、和/或键合、和/或外延生长方法与掺杂光纤结合在一起，得到磁致伸缩材料包裹光纤；根据掺杂光纤的结构参数、信号光和泵浦光的功率、光场分布确定引起模式不稳定效应的热致折射率；将所述磁致伸缩材料包裹光纤置于强磁场，根据热致折射率、光纤参数和磁致伸缩材料的磁致伸缩性能确定强磁场的磁场强度和方向，使得磁致伸缩材料引起的磁致伸缩材料包裹光纤的折射率变化量减弱或抵消热致折射率变化，抑制光纤激光器中模式不稳定。

Description

利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法及装置
技术领域
本发明属于高功率光纤激光器技术领域，更具体地，涉及一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法及装置。
背景技术
光纤激光器是高功率固体激光器的重要成员，具有功率高、光束质量好等优势，近数十年来发展迅速，在高端制造、国防安全、信息探测等领域发挥了巨大作用。高功率窄线宽光纤激光器由于其光谱线宽窄，光束质量优异，平均功率高等特点在空间探测、精密加工、军事装备等领域有广泛应用前景。然而，横模不稳定效应的出现限制了高功率光纤激光器功率提升的水平，在大模场光纤中伴随着基模到高阶模的能量耦合，最终劣化光束质量，输出功率不稳定，限制近衍射极限激光器的功率提升。模式不稳定效应是固体激光器功率提升的一个关键瓶颈。
模式不稳定是指信号光在增益介质中光场相王产热，形成热致光栅，导致了激光中基模向高阶模发生能量转换。表现在实验中是当激光功率达到激光器的MI阅值后，激光器系统的输出光束就会突然变得极不稳定，激光功率也会大幅下降。
为了抑制模式不稳定，研究人员提出了许多办法，比如弯曲选模、控制介质尺寸和使用低NA光纤等，这些方法一定程度上的抑制了MI效应，提高了输出激光功率，但受限于基础理论和工艺水平，目前在抑制MI效应方面效果已经接近瓶颈，为了推动高功率固体激光器的发展，急需新的高效的抑制MI方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法及装置，将磁致伸缩复合材料通过涂覆、和/或粘连、和/或键合、和/或外延生长等方法与光纤结合在一起制备掺杂光纤，通过光纤的热致折射率、磁致伸缩材料的磁致伸缩性能确定减弱或抵消热致折射率所需的强磁场在时间和空间的变化，通过对强磁场的调控，抑制光纤激光器中模式不稳定。
为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法，包括：
S100：将磁致伸缩材料通过涂覆、和/或粘连、和/或键合、和/或外延生长方法与掺杂光纤结合在一起，得到磁致伸缩材料包裹光纤；
S200：根据掺杂光纤的结构参数，信号光、泵浦光的功率、光场分布确定引起模式不稳定效应的热致折射率；
S300：将所述磁致伸缩材料包裹光纤置于强磁场，根据热致折射率、光纤参数、和磁致伸缩材料的磁致伸缩性能确定强磁场的磁场强度和方向，使得磁致伸缩材料引起的磁致伸缩材料包裹光纤的折射率变化量减弱或抵消热致折射率，抑制光纤激光器中模式不稳定。
进一步地，所述磁致伸缩材料包括：铁氧体磁致伸缩材料、金属或合金磁致伸缩材料、稀土超磁致伸缩材料、磁致伸缩复合材料或其他任何具有磁致伸缩性能的材料。。
进一步地，所述铁氧体磁致伸缩材料包括Ni-Co铁氧体材料。
进一步地，所述金属或合金磁致伸缩材料包括：Ni-Co-Cr 合金、Fe-Al合金、Fe-Ni合金或Ni金属中的一种。
进一步地，所述稀土超磁致伸缩材料包括钺镝铁磁致伸缩合金。
进一步地，所述掺杂光纤为：基质结构为玻璃、晶体或陶瓷中一种，且掺杂有任一种或几种可作为激活离子的稀土离子的激光材料。
进一步地，所述热致折射率的确定包括：
根据掺杂光纤的结构参数，信号光、泵浦光的功率、光场分布，确定轴向上的增益放大产生热；
根据轴向上的增益放大产生热确定温度分布；
根据热光效应和温度分布确定热致折射率。
进一步地，所述S300包括：
根据热致折射率、光纤基质的性质参数、光纤的杨氏模量确定磁致伸缩材料的需求应变；
若磁致伸缩材料的需求应变不超过磁致伸缩材料的最大磁致伸缩系数，则根据磁致伸缩材料的需求应变确定所述强磁场的磁场强度和方向。
进一步地，所述S300还包括：若磁致伸缩材料的需求应变超过磁致伸缩材料的磁致伸缩系数，则根据磁致伸缩材料的最大磁致伸缩系数确定所述强磁场的磁场强度和方向。
按照本发明的另一方面，提供一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的系统，包括：
磁致伸缩材料包裹光纤制备装置，用于将磁致伸缩材料通过涂覆、和/或粘连、和/或键合、和/或外延生长等方法与掺杂光纤结合在一起，得到磁致伸缩材料包裹光纤；
热致折射率确定模块，根据掺杂光纤的结构参数，信号光、泵浦光的功率、光场分布确定引起模式不稳定效应的热致折射率；
模式不稳定抑制装置，用于将所述磁致伸缩材料包裹光纤置于强磁场，根据热致折射率、光纤参数、和磁致伸缩材料的磁致伸缩性能确定强磁场的磁场强度和方向，使得磁致伸缩材料引起的磁致伸缩材料包裹光纤的折射率变化量减弱或抵消热致折射率，抑制光纤激光器中模式不稳定。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1.本发明的抑制光纤激光器中MI效应的方法，将磁致伸缩复合材料通过涂覆、和/或粘连、和/或键合、和/或外延生长等方法与光纤结合在一起制备掺杂光纤，通过光纤的热致折射率、磁致伸缩材料的磁致伸缩性能确定减弱或抵消热致折射率所需的强磁场在时间和空间的变化，通过对强磁场的调控，抑制光纤激光器中模式不稳定。
2.本发明的抑制光纤激光器中MI效应的方法，用外磁场中磁致伸缩材料发生形变的特性，将磁致伸缩材料包裹在增益光纤外部，磁致伸缩材料的形变带动光纤产生不同应力分布，使得光纤的折射率改变，通过强磁场调控，抑制光纤激光器中模式不稳定。
3. 本发明的抑制光纤激光器中MI效应的方法，可以通过外场灵活调控光纤折射率率分布的光纤结构设计，并且撤掉磁场后，光纤又恢复原来的尺寸和形状，具有可擦写性。
4. 本发明的抑制光纤激光器中MI效应的方法，适用范围广，通过在光纤中加入磁致伸缩材料，抑制光纤的模式不稳定效应，对于各种尺寸、型号以及功率等级下的光纤放大器都适用。
附图说明
图1为本发明的利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法流程图；
图2为本发明的光纤中光场沿轴向呈周期性强弱分布示意图；
图3为本发明的光纤折射率变化在光纤纤芯中形成轴向折射率强弱分布示意图（纤芯中浅色部分指弱折射率部分，包层中黑色箭头代表该轴向位置对纤芯施加应力增加折射率）；
图4为本发明的0.05s温升在光纤轴向的分布图；
图5为本发明的0.05s温升引起折射率变化在光纤轴向的分布图；
图6为本发明的轴向温度分布和折射率分布确定的磁场强度变化光纤轴向（0-10m）的分布图；
图7为本发明的轴向温度分布和折射率分布确定的磁场强度变化光纤轴向（1.065-1.1m）的分布图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-光纤包层、2-光纤纤芯、3-光纤中折射率场较弱部分。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
模式不稳定产生的具体机理如下：在大模场光纤中允许多个模式传输，因此当光纤中注入信号光，基模和高阶模都会在其中激发。基模和高阶模沿着光纤轴向传输过程中，存在模式干涉，产生准周期的干涉图样，进而诱发光纤中上能级反转粒子数的相似图样，导致量子亏损形成干涉图样的温度场，进一步的由于热光效应形成光纤折射率周期性变化，可以实现基模和高阶模之间的能量耦合。
由模式不稳定产生机理可知，如果能在光纤增益放大过程中，产生与热制折射率光栅强弱分布相反的折射率分布，就可以减弱热制折射率光栅的强度，起到抑制模式不稳定效应的结果。
如图1和图3所示，本发明实施例提供一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法，用外磁场中磁致伸缩材料发生形变的特性，将磁致伸缩材料包裹在增益光纤外部，磁致伸缩材料的形变带动光纤产生不同应力分布，在光纤增益放大过程中，产生与热制折射率光栅强弱分布相反的折射率分布，就可以减弱热制折射率光栅的强度，抑制模式不稳定效应，具体包括如下步骤：
S100：将磁致伸缩材料通过涂覆、和/或粘连、和/或键合、和/或外延生长等方法与掺杂光纤结合在一起，得到磁致伸缩材料包裹光纤；
具体而言，磁致伸缩材料可选为铁氧体磁致伸缩材料(Ni-Co 等铁氧体材料)、金属或合金磁致伸缩材料(Ni-Co-Cr 合金、Fe-Al合金、Fe-Ni合金、Ni金属等)、稀土超磁致伸缩材料(如钺镝铁磁致伸缩合金)、磁致伸缩复合材料等或者其它任何具有磁致伸缩性能的材料；所述掺杂光纤可选为基质结构为玻璃、晶体或陶瓷中一种，且掺杂有包括Yb、Er、Nd等的任一种或几种可作为激活离子的稀土离子的激光材料。
S200：根据掺杂光纤的结构参数，信号光、泵浦光的功率、光场分布确定引起模式不稳定效应的热致折射率；
热致折射率的确定包括：根据掺杂光纤的结构参数、信号光和泵浦光的功率和信号光和泵浦光在光场的分布，确定轴向上的增益放大产生热；根据轴向上的增益放大产生热确定温度分布；根据热光效应和温度分布确定热致折射率。
S300：将所述磁致伸缩材料包裹光纤置于强磁场，根据热致折射率、光纤参数和磁致伸缩材料的磁致伸缩性能确定强磁场的磁场强度和方向，使得磁致伸缩材料引起的磁致伸缩材料包裹光纤的折射率变化量减弱或抵消热致折射率，抑制光纤激光器中模式不稳定。
具体而言，所述S300包括：根据热致折射率、光纤基质的性质参数、光纤的杨氏模量确定磁致伸缩材料的需求应变；若磁致伸缩材料的需求应变不超过磁致伸缩材料的磁致伸缩系数，则根据磁致伸缩材料的需求应变确定所述强磁场的磁场强度和方向，此时强磁场的磁场强度和方向使得磁致伸缩材料的磁致伸缩导致的折射率变化抵消热致折射率变化；若磁致伸缩材料的需求应变超过磁致伸缩材料的磁致伸缩系数，则根据磁致伸缩材料的磁致伸缩系数确定所述强磁场的磁场强度和方向，此时强磁场的磁场强度和方向使得磁致伸缩材料的磁致伸缩导致的折射率变化减弱热致折射率变化。
基于上述实施例，作为一个可选的实施例，本发明的利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法，在S300后还包括：实时监测输出激光，根据输出激光模式功率情况，判断抑制光纤激光器中模式不稳定的效果，对强磁场的磁场强度和方向进行调整。
实施例1
为使本发明的具体实施过程更加清楚明确，以FeGa合金超磁致伸缩薄膜（磁致伸缩材料）和掺yb石英光纤（掺杂光纤）为例，给出本申请的一个具体实施过程如下：
将磁致伸缩材料通过涂覆、和/或粘连、和/或键合、和/或外延生长等方法与掺杂光纤结合在一起，得到磁致伸缩材料包裹光纤；
根据掺杂光纤的结构参数，信号光、泵浦光的功率、光场分布确定引起模式不稳定效应的热致折射率；
根据掺杂光纤的结构参数、信号光和泵浦光的功率和信号光和泵浦光在光场的分布，确定轴向上的增益放大产生热；
对35/400、NA=0.065、L=10m，掺杂浓度为3*1025/m2的掺yb石英光纤在100W的入射信号光，3700W的正向泵浦光作用下。在信号光入射中，光场中含有基模和少量高阶模（假设只有LP11模，占总信号光的1%），此时光纤中光场的分布为：
信号光：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（2）
泵浦光：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（3）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
分别指信号光、信号光中LP01模式、信号光中LP11模式光的电 场，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
是LP01、LP11光的振幅，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
是LP01、LP11光的模场分布，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
是LP01、LP11 光的角频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
是LP01、LP11光的传播速度，t是时间，z是光纤轴向距离。
如图2所示，此时信号光场在光纤轴向上分布不均匀，在信号光强的地方，上能级粒子数少，增益小，量子亏损产热少，温度提升少；相反，在信号光弱的地方，上能级粒子数多，增益大，量子亏损产热多，温度提升多。因此，在轴向上增益放大产生热（见式4），温度改变与产热成正比（见式5），由于热光效应，折射率随着温度提升改变（见式6），光纤中产生周期性分布的折射率光栅
式：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
（4）
式：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（5）
式：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（6）
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示温度引起的折射率变化，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
是光纤的热致折射率变化系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
是 光纤中温度变化。形成的折射率光栅就是导致光纤中模式转换，发生模式不稳定现象的物 理起源。
根据轴向上的增益放大产生热确定温度分布；根据热光效应和温度分布确定热致折射率。
具体而言，把泵浦光、信号光功率、光纤参数带入速率方程，可以计算出光纤增益 系数
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，由（4）式计算产热，带入温度计算方程计算温度分布。温升分布计算公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
（7）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
是光纤导热率（本实施例取1.38W/（m*K）），
Figure DEST_PATH_IMAGE018
是温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
是密度与热容（这 里取1.54*107）。联合公式（4）（7）和速率方程，带入泵浦光、信号光功率、光纤参数，可以得 到任一时刻温度和温升引起折射率变化在光纤轴向的分布。如图4和图5为0.05s时的温升 和折射率变化在光纤轴向的分布，光纤中最高温升23.5K。
将所述磁致伸缩材料包裹光纤置于强磁场，根据热致折射率、光纤参数、和磁致伸缩材料的磁致伸缩性能确定强磁场的磁场强度和方向，使得磁致伸缩材料引起的磁致伸缩材料包裹光纤的折射率变化量减弱或抵消热致折射率，抑制光纤激光器中模式不稳定。
根据热致折射率、光纤基质的性质参数、光纤的杨氏模量确定磁致伸缩材料的需求应变：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
是应力作用下折射率的变化量，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
取312GPa，由前面计算可知，光纤中 最高温升23.5K，计算得到对应需要的磁致伸缩
Figure DEST_PATH_IMAGE023
（GMF的磁致伸 缩系数）。因此， 利用GMF薄膜伸缩变形，可以传导足够的应力给光纤，产生能弥补温度导致 的折射率变化，实现弥补热致折射率光栅的目的。
具体而言，磁致伸缩效应为一种磁性材料在外加磁场下发生大小尺寸改变的现象。通常以尺寸的相对变化量λ=Δl/l 来表示磁致伸缩。其中Δl是磁性材料磁化后的尺寸变化量，包括线度和体积的尺寸变化量；l 是未被磁化时的尺寸。体磁致伸缩相对更小，且通常在技术磁化未饱和时表现得不明显，因此这里只考虑线磁致伸缩。
FeGa合金超磁致伸缩薄膜（GMF）是一种新型功能薄膜，具有磁致伸缩系数高 （410ppm）、饱和磁场低、磁导率高、价格低廉等优点。这里以GMF为例，在光纤包层外包裹一 层GMF薄膜，外加一个随时间、光纤轴向长度变化的磁场H（z，t），那么在磁场作用下，磁性材 料中发生应变为
Figure DEST_PATH_IMAGE024
。
由于磁性材料与光纤包层紧密接触，且处于光纤涂覆层包裹中，磁性材料形变会引起光纤内部发生形变，这一过程由磁性材料内应力传递给光纤。由于牛顿第三定律，力的作用是相互的，假设涂覆层不受应力作用，不发生形变，光纤内部产生应力与磁性材料相等，即
公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
（7）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
是光纤和GMF内应力，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
是GMF的杨氏模量和应变，光纤受 到应力作用，产生应变。材料的应变导致密度变化和应变导致极化率变化都会引起折射率 改变，这一性质可以由玻璃的光弹系数描述。玻璃中常用应力光学系数C1（这里取-4.61* 10-13）和C2（这里取-3.72*10-12）表示在应力作用下在平行和垂直应力方向折射率的增量：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
是平行应力方向的折射率增量，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
是垂直应力方向的折射率增量，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
是无 应力下的折射率；
由上式可知，光纤在平行应力方向的折射率远小于在垂直方向的折射率变化，这里仅考虑垂直方向折射率变化。如果需要产生能完全弥补温升导致的折射率变化，这里需要光纤中存在应力
Figure DEST_PATH_IMAGE032
Figure DEST_PATH_IMAGE033
取312GPa，由前面计算可知，光纤中最高温升23.5K，计算得到对应需要的磁 致伸缩
Figure DEST_PATH_IMAGE034
（GMF的最大磁致伸缩系数）。因此， 利用GMF薄膜伸缩变 形，可以传导足够的应力给光纤，产生能弥补温度导致的折射率变化，实现弥补热致折射率 光栅的目的。
若磁致伸缩材料的需求应变不超过磁致伸缩材料的最大磁致伸缩系数，则根据磁致伸缩材料的需求应变作为实际磁致伸缩系数确定所述强磁场的强度和方向；若磁致伸缩材料的需求应变超过磁致伸缩材料的最大磁致伸缩系数，则根据磁致伸缩材料的最大磁致伸缩系数作为实际磁致伸缩系数确定所述强磁场的强度和方向。
由于材料的磁致伸缩系数与磁场关系不是线性，而且薄膜的组分、结构以及处理工艺对于磁致伸缩系数影响很大，测量的GMF薄膜磁致伸缩系数为例，达到最大的磁致伸缩系数后，磁场进一步增强，其磁致伸缩系数也不会进一步改变，其他磁场对应的磁致伸缩系数取相邻两点线性值近似。磁致伸缩系数与磁场强度和方向的关系可通过现有技术直接测得，在此不作赘述。
表1 本实施例中的GMF的磁致伸缩系数与磁场强度关系
Figure DEST_PATH_IMAGE035
基于光纤中轴向温度分布和折射率分布及磁致伸缩材料的最大磁致伸缩系数确定的实际磁致伸缩系数，对应得到需求的磁场强度和方向，就可以施加能弥补光纤中热致折射率变化的外加磁场，减弱光纤中热致光栅，起到抑制模式不稳定效应的效果。如图6和图7所示，光纤轴向部分点的温升、折射率变化、需要的磁场强度见表2。
表2 光纤轴向部分点的温升、折射率变化与需要磁场强度的关系
轴向位置/m 温升/K 折射率变化*10<sup>-5</sup> 需要磁场强度B/T 轴向位置/m 温升/K 折射率变化*10<sup>-5</sup> 需要磁场强度B/T
0.5 19.67 23.61 0.0646 5.5 3.93 4.72 0.0081
1 23.14 27.77 0.1185 6 3.02 3.63 0.0062
1.5 22.27 26.73 0.1006 6.5 2.32 2.78 0.0048
2 19.61 23.53 0.0636 7 1.77 2.13 0.0037
2.5 16.45 19.74 0.0480 7.5 1.35 1.63 0.0028
3 13.39 16.07 0.0354 8 1.03 1.24 0.0021
3.5 10.69 12.83 0.0242 8.5 0.79 0.946 0.0016
4 8.43 10.11 0.0174 9 0.60 0.721 0.0012
4.5 6.58 7.89 0.0136 9.5 0.46 0.549 0.00095
5 5.10 6.12 0.0105 10 0.35 0.418 0.00072
实施例2
在工程实际中，可以将本发明各个方法实施例的技术方案及其功能封装成各种模块。基于这种现实情况，在上述各实施例的基础上，本发明的实施例提供了一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的系统，用于执行上述方法实施例中的利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法。包括：
磁致伸缩材料包裹光纤制备装置，用于将磁致伸缩材料通过涂覆、和/或粘连、和/或键合、和/或外延生长等方法与掺杂光纤结合在一起，得到磁致伸缩材料包裹光纤；
热致折射率确定模块，根据掺杂光纤的结构参数、信号光和泵浦光的功率和信号光和泵浦光在光场的分布确定模式不稳定效应引起的热致折射率；
模式不稳定抑制装置，用于将所述磁致伸缩材料包裹光纤置于强磁场，根据热致折射率、光纤参数、和磁致伸缩材料的磁致伸缩性能确定强磁场的磁场强度和方向，使得磁致伸缩材料引起的磁致伸缩材料包裹光纤的折射率变化量减弱或抵消热致折射率，抑制光纤激光器中模式不稳定。
基于上述实施例，作为一个可选的实施例，本发明的利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的系统，还包括：
自动反馈装置：用于实时监测输出激光，根据输出激光模式功率情况，判断抑制光纤激光器中模式不稳定的效果，对强磁场的磁场强度和方向进行调整。
需要说明的是，本发明提供的装置实施例中的装置，除了可以用于实现上述方法实施例中的方法外，还可以用于实现本发明提供的其他方法实施例中的方法，区别仅仅在于设置相应的功能模块，其原理与本发明提供的上述装置实施例的原理基本相同，只要本领域技术人员在上述装置实施例的基础上，参考其他方法实施例中的具体技术方案，通过组合技术特征获得相应的技术手段，以及由这些技术手段构成的技术方案，在保证技术方案具备实用性的前提下，就可以对上述装置实施例中的装置进行改进，从而得到相应的装置类实施例，用于实现其他方法类实施例中的方法。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法，其特征在于，包括：
S100：将磁致伸缩材料通过涂覆、和/或粘连、和/或键合、和/或外延生长方法与掺杂光纤结合在一起，得到磁致伸缩材料包裹光纤；
S200：根据掺杂光纤的结构参数、信号光和泵浦光的功率、光场分布确定引起模式不稳定效应的热致折射率；
S300：将所述磁致伸缩材料包裹光纤置于强磁场，根据热致折射率、光纤参数和磁致伸缩材料的磁致伸缩性能确定强磁场的磁场强度和方向，使得磁致伸缩材料引起的磁致伸缩材料包裹光纤的折射率变化量减弱或抵消热致折射率，抑制光纤激光器中模式不稳定。
2.根据权利要求1所述的一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法，其特征在于，所述磁致伸缩材料包括：铁氧体磁致伸缩材料、金属或合金磁致伸缩材料、稀土超磁致伸缩材料或磁致伸缩复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法，其特征在于，所述铁氧体磁致伸缩材料包括Ni-Co铁氧体材料。
4.根据权利要求2所述的一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法，其特征在于，所述金属或合金磁致伸缩材料包括：Ni-Co-Cr 合金、Fe-Al合金、Fe-Ni合金或Ni金属中的一种。
5.根据权利要求2所述的一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法，其特征在于，所述稀土超磁致伸缩材料包括钺镝铁磁致伸缩合金。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法，其特征在于，所述掺杂光纤为：基质结构为玻璃、晶体或陶瓷中一种，且掺杂有任一种或几种可作为激活离子的稀土离子的激光材料。
7.根据权利要求1所述的一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法，其特征在于，所述热致折射率的确定包括：
根据掺杂光纤的结构参数，信号光、泵浦光的功率、光场分布，确定轴向上的增益放大产生热；
根据轴向上的增益放大产生热确定温度分布；
根据热光效应和温度分布确定热致折射率。
8.根据权利要求1所述的一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法，其特征在于，所述S300包括：
根据热致折射率、光纤基质的性质参数、光纤的杨氏模量确定磁致伸缩材料的需求应变；
若磁致伸缩材料的需求应变不超过磁致伸缩材料的最大磁致伸缩系数，则根据磁致伸缩材料的需求应变作为实际磁致伸缩系数确定所述强磁场的磁场强度和方向。
9.根据权利要求8所述的一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的方法，其特征在于，所述S300还包括：若磁致伸缩材料的需求应变超过磁致伸缩材料的最大磁致伸缩系数，则根据磁致伸缩材料的最大磁致伸缩系数作为实际磁致伸缩系数确定所述强磁场的磁场强度和方向。
10.一种利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中MI效应的系统，其特征在于，包括：
磁致伸缩材料包裹光纤制备装置，用于将磁致伸缩材料通过涂覆、和/或粘连、和/或键合、和/或外延生长方法与掺杂光纤结合在一起，得到磁致伸缩材料包裹光纤；
热致折射率确定模块，根据掺杂光纤的结构参数，信号光、泵浦光的功率、光场分布确定引起模式不稳定效应的热致折射率；
模式不稳定抑制装置，用于将所述磁致伸缩材料包裹光纤置于强磁场，根据热致折射率、光纤参数和磁致伸缩材料的磁致伸缩性能确定强磁场的磁场强度和方向，使得磁致伸缩材料引起的磁致伸缩材料包裹光纤的折射率变化量减弱或抵消热致折射率，抑制光纤激光器中模式不稳定。
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