CN1328624C - 双池受激布里渊散射系统选用不同介质或混合介质的方法 - Google Patents

Abstract

双池受激布里渊散射系统选用不同介质或混合介质的方法，它涉及非线性光学领域。激光器(1)输出的激光通过偏振片(2)、1/4波片(3)、第一凸透镜(4)、放大池(5)、第二凸透镜(6)输出到振荡池(7)的输入端中，种子光沿原路返回输入到偏振片(2)上并被其折射出；放大池(5)和振荡池(7)中的介质种类依据以下公式选择：见右下式，上述公式中g为放大池(5)增益系数；g^e _(max)为电致伸缩增益因子值；Δv为放大池(5)与振荡池(7)中的两种液体介质布里渊频移的差值的绝对值，Γ为放大池(5)中的介质的布里渊线宽和振荡池(7)中的介质的布里渊线宽互相交叉的半高宽度值。本发明能有效地提高系统的负载能力、能量转换效率、相位共轭保真度和稳定性。

Description

双池受激布里渊散射系统选用不同介质或混合介质的方法

技术领域：

本发明涉及非线性光学领域，具体是一种双池受激布里渊散射系统选用不同介质或混合介质的方法。

背景技术：

由于受激布里渊散射(SBS)具有相位共轭特性，能够消除光传输过程中的相位畸变，提高光束质量，因此多年来SBS相位共轭理论及其实验得到了广泛地研究。SBS相位共轭镜有多种结构，如聚焦单池、双池系统、紧凑双池系统和独立双池系统等等。除了聚焦单池以外，其它结构均属于振-放双池系统，由振荡池和放大池两部分组成。振荡池中产生的Stokes种子光进入放大池，与抽运光作用，产生强的放大，Stokes脉冲宽度变窄，能量转换效率提高。以往人们在振荡池和放大池中使用同一种介质，其目的是为了确保Stokes种子和抽运光的频差恰为布里渊频移。但是，当振荡池和放大池中使用同一种介质时，会受到介质的吸收系数、增益系数、声子寿命和光学击穿阈值等的限制。首先大部分介质的吸收系数比较大，因此较长的放大池中能量损耗过大；其次虽然有些介质吸收系数很小，但是光学击穿阈值比较低，因此抽运光比较强时，容易出现光学击穿现象，从而导致相位共轭保真度、能量反射率和稳定性等性能的降低。虽然有人曾经提出采用双池之间加入衰减片的方法降低入射到产生池的抽运光光强，但是衰减片的加入不仅降低了抽运光光强，而且降低了种子光光强，从而导致能量提取效率的降低。

发明内容：

本发明的目的是提供一种双池受激布里渊散射系统选用不同介质或混合介质的方法，本发明能有效地提高系统的负载能力、能量转换效率、相位共轭保真度和稳定性。本系统由激光器1、偏振片2、1/4波片3、第一凸透镜4、放大池5、第二凸透镜6、振荡池7组成；激光器1输出的激光输入到偏振片2的输入端后经偏振片2传输并从偏振片2的输出端输出到1/4波片3的输入端中，经1/4波片3传输的激光从1/4波片3的输出端输出到第一凸透镜4的输入端中，经第一凸透镜4传输的激光从第一凸透镜4的输出端输出到放大池5的输入端中，经放大池5传输的激光从放大池5的输出端输出到第二凸透镜6的输入端中，经第二凸透镜6传输的激光从第二凸透镜6的输出端输出到振荡池7的输入端中，第二凸透镜6的光输出端的聚焦焦点处在振荡池7中，激光在第二凸透镜6的光输出端的聚焦焦点处发生布里渊散射并产生Stokes种子光，Stokes种子光沿原路经第二凸透镜6、放大池5的放大、第一凸透镜4、1/4波片3后输入到偏振片2上并被其反射出；上述放大池5和振荡池7中的液体介质种类依据以下公式选择：

$g=g^e\left(\max \right)=\frac{1}{1+{(2\mathrm{\Δv}/\mathrm{\Γ})}^2}$

上述公式中g为放大池5增益系数；g^e(max)为电致伸缩增益因子值；Δv为放大池5与振荡池7中的两种液体介质布里渊频移的差值的绝对值Δv＝|v₁-v₂|，上述公式中的v₁为放大池5中的液体介质的布里渊频移值，v₂为振荡池7中的液体介质的布里渊频移值；Г为放大池5中的液体介质的布里渊线宽和振荡池7中的液体介质的布里渊线宽互相交叉的半高宽度值。本发明的放大池中的液体介质吸收系数小、增益系数大，振荡池中的液体介质光学击穿阈值高、声子寿命短，并且其布里渊频移值与放大池中的液体介质的布里渊频移值相近或相同；使其能有效地提高系统的负载能力、能量转换效率、相位共轭保真度和稳定性。

附图说明：

图1是本发明的整体结构示意图，图2是放大池5中的液体介质的布里渊线宽和振荡池7中的液体介质的布里渊线宽互相交叉结构示意图。

具体实施方式：

具体实施方式一：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式由激光器1、偏振片2、1/4波片3、第一凸透镜4、放大池5、第二凸透镜6、振荡池7组成；激光器1输出的激光输入到偏振片2的输入端后经偏振片2传输并从偏振片2的输出端输出到1/4波片3的输入端中，经1/4波片3传输的激光从1/4波片3的输出端输出到第一凸透镜4的输入端中，经第一凸透镜4传输的激光从第一凸透镜4的输出端输出到放大池5的输入端中，经放大池5传输的激光从放大池5的输出端输出到第二凸透镜6的输入端中，经第二凸透镜6传输的激光从第二凸透镜6的输出端输出到振荡池7的输入端中，第二凸透镜6的光输出端的聚焦焦点处在振荡池7中，激光在第二凸透镜6的光输出端的聚焦焦点处发生布里渊散射并产生Stokes种子光，Stokes种子光沿原路经第二凸透镜6、放大池5的放大、第一凸透镜4、1/4波片3后输入到偏振片2上并被其反射出；上述放大池5和振荡池7中的液体介质种类依据以下公式选择：

$g=g^e\left(\max \right)\frac{1}{1+{(2\mathrm{\Δv}/\mathrm{\Γ})}^2}$

上述公式中g为放大池5的增益系数；g^e _(max)为电致伸缩增益因子值；Δv为放大池5与振荡池7中的两种液体介质布里渊频移的差值的绝对值Δv＝|v₁-v₂|，上述公式中的v₁为放大池5中的液体介质的布里渊频移值，v₂为振荡池7中的液体介质的布里渊频移值；Г为放大池5中的液体介质的布里渊线宽和振荡池7中的液体介质的布里渊线宽互相交叉的半高宽度值(如图2)。

具体实施方式二：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式在具体实施方式一的基础上对放大池5和振荡池7中的液体介质使用混合介质，放大池5中混合介质的布里渊频移与振荡池7中混合介质的布里渊频移相近或相同，其放大池5和振荡池7中混合介质的种类和体积比依据以下公式选择：

上述公式中v为放大池5和振荡池7中的混合介质布里渊频移值，λ为入射光波长，n₁和n₂为二单体的折射率；ρ₁和ρ₂为二单体的密度；₁和₂为二单体的体积比，₁＝V₁/(V₁+V₂)，₂＝V₂/(V₁+V₂)，其中V₁和V₂为二单体的体积，υ为混合介质的声速，υ_i为各组分的声速，L_i为各组分的分子自由程，ρ_i为各组分的密度，N为组分的数目，L为混合介质的分子自由程{ $L=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i{L}_i$ ，其中S_i为各组分的内表面积分数， $S_i=x_i{\mathrm{\γ}}_i/\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{\mathrm{\γ}}_i$ ，x_i(i＝1，2，3，....N)为各组分的摩尔分数， $\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i=1$ ，γ_i为各组分的内表面积}，ρ为混合介质的密度， $\mathrm{\ρ}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_i{x}_i$ 。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。本实施方式中的放大池5中使用的液体介质是吸收系数小、增益系数大的液体介质；振荡池7中使用的液体介质是光学击穿阈值高、声子寿命短，并且其布里渊频移值与放大池5中的液体介质的布里渊频移值相同的混合液体介质，使其放大池5的放大作用达到最佳值。

Claims (2)

1.双池受激布里渊散射系统选用不同介质的方法，本系统由激光器(1)、偏振片(2)、1/4波片(3)、第一凸透镜(4)、放大池(5)、第二凸透镜(6)、振荡池(7)组成；激光器(1)输出的激光输入到偏振片(2)的输入端后经偏振片(2)传输并从偏振片(2)的输出端输出到1/4波片(3)的输入端中，经1/4波片(3)传输的激光从1/4波片(3)的输出端输出到第一凸透镜(4)的输入端中，经第一凸透镜(4)传输的激光从第一凸透镜(4)的输出端输出到放大池(5)的输入端中，经放大池(5)传输的激光从放大池(5)的输出端输出到第二凸透镜(6)的输入端中，经第二凸透镜(6)传输的激光从第二凸透镜(6)的输出端输出到振荡池(7)的输入端中，第二凸透镜(6)的光输出端的聚焦焦点处在振荡池(7)中，激光在第二凸透镜(6)的光输出端的聚焦焦点处发生布里渊散射并产生Stokes种子光，Stokes种子光沿原路经第二凸透镜(6)、放大池(5)的放大、第一凸透镜(4)、1/4波片(3)后输入到偏振片(2)上并被其反射出；其特征在于上述放大池(5)和振荡池(7)中的液体介质种类依据以下公式选择：

$g=g^e\left(\max \right)\frac{1}{1+{(2\mathrm{\Δv}/\mathrm{\Γ})}^2}$

上述公式中g为放大池(5)增益系数；g^e(max)为电致伸缩增益因子值；Δv为放大池(5)与振荡池(7)中的两种液体介质布里渊频移的差值的绝对值Δv＝|v₁-v₂|，上述公式中的v₁为放大池(5)中的液体介质的布里渊频移值，v₂为振荡池(7)中的液体介质的布里渊频移值；Γ为放大池(5)中的液体介质的布里渊线宽和振荡池(7)中的液体介质的布里渊线宽互相交叉的半高宽度值。

2.采用权利要求1所述的双池受激布里渊散射系统选用混合介质的方法，其特征在于放大池(5)中混合介质的布里渊频移与振荡池(7)中混合介质的布里渊频移相近或相同，其放大池(5)和振荡池(7)中混合介质的种类和体积比依据以下公式选择：

上述公式中v为放大池(5)和振荡池(7)中的混合介质布里渊频移值，λ为入射光波长，n₁和n₂为二单体的折射率；ρ₁和ρ₂为二单体的密度；₁和₂为二单体的体积比，₁＝V₁/(V₁+V₂)，₂＝V₂/(V₁+V₂)，其中V₁和V₂为二单体的体积，υ为混合介质的声速，υ_i为各组分的声速，L_i为各组分的分子自由程，ρ_i为各组分的密度，N为组分的数目，L为混合介质的分子自由程， $L=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i{L}_i,$ 其中S_i为各组分的内表面积分数， $S_i=x_i{\mathrm{\γ}}_i/\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{\mathrm{\γ}}_i,$ x_i(i＝1，2，3，....N)为各组分的摩尔分数， $\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i=1,$ γ_i为各组分的内表面积，ρ为混合介质的密度， $\mathrm{\ρ}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_i{x}_i.$

Images