專利名稱：利用磁光效應(yīng)抑制脈沖激光束受激布里淵散射的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及受激布里淵散射，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
受激布里淵散射屬于本領(lǐng)域所熟知的技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于相位共軛補(bǔ)償，激光探測(cè)，以及光通信等領(lǐng)域，在不同的應(yīng)用中對(duì)于受激布里淵的散射的要求也是不一樣的，在激光探測(cè)以及相位共軛補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用中一般都需要高強(qiáng)度的受激布里淵散射信號(hào)，此時(shí)一般都是盡可能的來(lái)放大受激布里淵散射信號(hào)以獲得最好的效果，但是在光通信等的有些領(lǐng)域中則是需要控制受激布里淵散射的強(qiáng)度，也即不是單純的追求最大的受激布里淵散射的發(fā)生，而在另外一些情況下則是希望抑制受激布里淵散射的發(fā)生，因?yàn)榘l(fā)生的受激布里淵散射信號(hào)可能會(huì)對(duì)其中傳輸?shù)慕橘|(zhì)產(chǎn)生破壞性的影響，或者會(huì)在傳輸?shù)男盘?hào)中增加噪聲，面對(duì)這樣的技術(shù)問(wèn)題，人們提出了各種的控制或抑制受激布里淵散射信號(hào)強(qiáng)度的方法和裝置，現(xiàn)有技術(shù)中的抑制受激布里淵散射發(fā)生的方法有很多種，其中中國(guó)專利申請(qǐng) CN201010602555. 5提出了一種利用受激布里淵散射抑制裝置，其包括纏有線圈的磁致旋光介質(zhì)，線偏振激光器，當(dāng)線偏振激光器發(fā)出的線偏振激光通過(guò)所述磁致旋光介質(zhì)時(shí)，電流周期性的施加到纏在磁致旋光介質(zhì)上的線圈，以周期性的改變所述線偏振激光的偏振態(tài)。這種具有偏振態(tài)周期性變化的激光束即具有了受激布里淵散射抑制作用，也即當(dāng)這樣的激光束再在光纖等傳輸介質(zhì)中傳播時(shí)可以抑制其中發(fā)生的受激布里淵散射，該方法對(duì)于布里淵散射具有一定的抑制作用是毋庸置疑的，但是該申請(qǐng)對(duì)于特定的激光束實(shí)現(xiàn)較好的抑制卻并沒(méi)有提出，例如，對(duì)于脈沖激光束來(lái)說(shuō)，雖然只要使得激光束在前后位置上具有相互垂直的偏振態(tài)即可實(shí)現(xiàn)一定的抑制作用，但是如何實(shí)現(xiàn)較好的抑制作用對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)卻是未知的，本發(fā)明就是針對(duì)該問(wèn)題而提出來(lái)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述的技術(shù)問(wèn)題而提出了一種利用磁光效應(yīng)抑制受激布里淵散射的方法和裝置，使用該方法和裝置可獲得具有較好的受激布里淵散射抑制作用的脈沖激光束。下面對(duì)于本發(fā)明的工作原理進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖I和圖2示出了中國(guó)專利申請(qǐng)201010602555. 5中的受激布里淵散射抑制裝置。如圖I所示，包括線偏振激光器101， 線圈102，磁致旋光介質(zhì)103，線圈102纏繞在磁致旋光介質(zhì)103上，線圈102上周期性的通有電流，線偏振激光器101發(fā)出的線偏振激光穿過(guò)纏有線圈102的磁致旋光介質(zhì)103。圖2 示出的實(shí)施例中包括有兩個(gè)磁致旋光介質(zhì)203和205。如果激光器101為脈沖激光器，對(duì)激光器101發(fā)射的脈沖激光束穿過(guò)磁致旋光介質(zhì)后，激光束的偏振態(tài)就會(huì)由原來(lái)的單一線偏振變?yōu)閮煞N偏振態(tài)，根據(jù)所施加的電流時(shí)間，線偏振的脈沖激光束穿過(guò)磁致旋光介質(zhì)之后大致會(huì)出現(xiàn)如圖3a-3h的情形。
首先來(lái)看圖3a和3b，當(dāng)磁致旋光介質(zhì)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，激光束穿過(guò)磁致旋光介質(zhì)之后其仍舊保持單一的線偏振態(tài)，或?yàn)镾偏振,或?yàn)镻偏振,也即在整個(gè)脈沖長(zhǎng)度上只有S 偏振或P偏振，此時(shí)脈沖激光束在介質(zhì)中傳輸時(shí)受激布里淵的信號(hào)強(qiáng)度為最大的，也即磁致旋光介質(zhì)對(duì)于激光束的受激布里淵散射沒(méi)有產(chǎn)生作用。接著來(lái)看圖3c和3d，在整個(gè)脈沖長(zhǎng)度上，只有很少一部分的激光束的偏振態(tài)被改變了，可以想象的是，此時(shí)由磁致旋光介質(zhì)所產(chǎn)生的脈沖激光束對(duì)于受激布里淵散射就起到了一定抑制的作用，因?yàn)橹辽僭诿}沖結(jié)束的那一小段上偏振態(tài)與前面的部分是相互垂直的，圖3c和圖3d示出的情況相對(duì)于圖3a和圖3b示出的情況來(lái)說(shuō)，已經(jīng)具有了受激布里淵散射的抑制作用，但是，可以理解，其抑制作用肯定不是最強(qiáng)的。再來(lái)看圖3e和圖3f，其中一種偏振態(tài)占據(jù)了整個(gè)脈沖長(zhǎng)度的三分之一，另外一種偏振態(tài)占據(jù)了整個(gè)脈沖長(zhǎng)度的三分之二，兩者的區(qū)別只是在于占據(jù)整個(gè)脈沖長(zhǎng)度三分之二的偏振態(tài)是連續(xù)分布的還是間隔分布的，圖3e為連續(xù)分布的，圖3f為間隔分布的，可以想象的是圖3e和圖3f所示出情況的抑制效果要好于圖3c和圖3d的抑制效果。最后來(lái)看圖3g和圖3h，在這兩個(gè)圖中，任何一種偏振態(tài)都占據(jù)了整個(gè)脈沖長(zhǎng)度的一半，也即整個(gè)脈沖長(zhǎng)度被兩種相互垂直的偏振態(tài)平均占據(jù)了，區(qū)別在于一個(gè)是連續(xù)占據(jù)了脈沖的一半，另外一個(gè)是以間隔交錯(cuò)的方式占據(jù)了脈沖的一半，那么問(wèn)題也就來(lái)了，此時(shí)圖3g和圖3h所示出抑制效果比圖3e和圖3f所示出的抑制效果相比是好還是不好。為了解決上述的問(wèn)題，我們先在理論上分析一下受激布里淵散射。我們知道，受激布里淵光的信號(hào)強(qiáng)度Zs °c beW，其中Is表不受激布里淵散射光的信號(hào)強(qiáng)度，Ip表不入射的激光束強(qiáng)度，g0表示受激布里淵散射增益系數(shù)，I表示受激布里淵散射光與入射的激光之間的相互作用長(zhǎng)度。對(duì)于一般的納秒以及飛秒或皮秒激光器來(lái)說(shuō)，其脈沖長(zhǎng)度最長(zhǎng)的應(yīng)該是納秒激光器，對(duì)于幾個(gè)納秒脈沖長(zhǎng)度的激光束，其所具有的脈沖長(zhǎng)度約為2米左右(對(duì)于光纖或水等傳輸介質(zhì)來(lái)說(shuō))，那么其中最長(zhǎng)的相互作用長(zhǎng)度為脈沖長(zhǎng)度的一半，也即為I米左右，在這個(gè)長(zhǎng)度或更短的距離上，對(duì)于通常所用的光傳輸介質(zhì)來(lái)說(shuō)，可以忽略激光束的衰減，也即認(rèn)為Ip為一常數(shù)，受激布里淵散射增益系數(shù)g。只與激光傳輸介質(zhì)的材料特性有關(guān)，其為一常數(shù)，我們假設(shè)S (或P)偏振態(tài)所占據(jù)的長(zhǎng)度為X，那么該偏振態(tài)的實(shí)際相互作用長(zhǎng)度應(yīng)該
為；，而P (或S)偏振態(tài)所占據(jù)的長(zhǎng)度就應(yīng)該為--X，其實(shí)際的相互作用長(zhǎng)度為—卩，其
2nIn 2
中c表不光速，n表不激光束在其中傳播的介質(zhì)折射率，T為脈沖激光束的脈沖寬度,那么該脈沖激光束在介質(zhì)中產(chǎn)生的受激布里淵散射光強(qiáng)/ss oc +1/0^，其中Iss表示該
脈沖激光束中兩個(gè)偏振態(tài)(P偏振和S偏振態(tài))所產(chǎn)生的總受激布里淵散射強(qiáng)度，表
示S (或P)偏振態(tài)所產(chǎn)生的受激布里淵散射光強(qiáng)，表示P (或S)偏振態(tài)所產(chǎn)生的
rrt
受激布里淵散射光強(qiáng)，對(duì)Iss求導(dǎo)得到極值可得，當(dāng)X = 時(shí)脈沖激光束所產(chǎn)生的總受激布
In
淵光強(qiáng)得到極值，根據(jù)上面的分析進(jìn)行數(shù)學(xué)分析得到該極值為最小值，那么可以得出這樣的結(jié)論，當(dāng)一種偏振態(tài)(S或P偏振態(tài))占據(jù)整個(gè)脈沖長(zhǎng)度的一半時(shí)可以得到最好的抑制
4效果，也即圖3g和圖3h所示出的情況。也即當(dāng)激光束穿過(guò)磁致旋光介質(zhì)后，如果脈沖激光束上兩個(gè)相互垂直的偏振態(tài)各自占據(jù)了脈沖長(zhǎng)度的一半，則這樣的激光束在介質(zhì)中傳輸時(shí)具有較好的受激布里淵散射抑制作用。本發(fā)明包括一種利用磁致旋光效應(yīng)抑制脈沖激光受激布里淵散射的裝置，其特征在于包括纏有線圈的磁致旋光介質(zhì)，脈沖線偏振激光器，當(dāng)脈沖線偏振激光器發(fā)出的脈沖線偏振激光通過(guò)所述磁致旋光介質(zhì)時(shí)，電流周期性的施加到纏在磁致旋光介質(zhì)上的線圈，以周期性的改變所述脈沖線偏振激光的偏振態(tài)，其特征在于脈沖線偏振激光束穿過(guò)所述磁致旋光介質(zhì)后，相互垂直的兩個(gè)偏振態(tài)各自占據(jù)了脈沖激光束脈沖長(zhǎng)度的一半。根據(jù)其中一個(gè)實(shí)施例，其中所述的各自占據(jù)脈沖長(zhǎng)度的一半為每個(gè)偏振態(tài)連續(xù)的占據(jù)脈沖長(zhǎng)度的一半。根據(jù)其中一個(gè)實(shí)施例，其中所述的各自占據(jù)脈沖長(zhǎng)度的一半為兩個(gè)相互垂直的偏振態(tài)以交替排列的方式各自占據(jù)了脈沖長(zhǎng)度的一半。一種利用磁致旋光介質(zhì)抑制脈沖激光受激布里淵散射的方法，周期性的為纏繞在磁致旋光介質(zhì)上的線圈施加電流，所述磁致旋光介質(zhì)周期性的改變穿過(guò)所述磁致旋光介質(zhì)的脈沖激光束的偏振態(tài)，其特征在于脈沖激光束穿過(guò)所述磁致旋光介質(zhì)后，相互垂直的兩個(gè)偏振態(tài)各自占據(jù)了脈沖激光束脈沖長(zhǎng)度的一半。根據(jù)其中一個(gè)實(shí)施例，其中所述的各自占據(jù)脈沖長(zhǎng)度的一半為每個(gè)偏振態(tài)連續(xù)的占據(jù)脈沖長(zhǎng)度的一半。根據(jù)其中一個(gè)實(shí)施例，其中所述的各自占據(jù)脈沖長(zhǎng)度的一半為兩個(gè)相互垂直的偏振態(tài)以交替排列的方式各自占據(jù)了脈沖長(zhǎng)度的一半。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中受激布里淵散射抑制裝置的示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中另外一實(shí)施例示意圖。圖3a_3h是本發(fā)明中兩種偏振態(tài)(S和P)在脈沖激光束的長(zhǎng)度上占據(jù)不同長(zhǎng)度的示意圖。
具體實(shí)施例方式通過(guò)上面的分析我們可以得到，為了在激光束的整個(gè)脈沖長(zhǎng)度上獲得較好的受激布里淵散射的抑制效果，需要做到的就是使得脈沖激光束在穿過(guò)磁致旋光介質(zhì)之后相互垂直的兩個(gè)偏振態(tài)所占據(jù)的長(zhǎng)度均為脈沖激光束長(zhǎng)度的一半。為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相互垂直的偏振態(tài)各自占據(jù)脈沖激光束長(zhǎng)度的一半，只要通過(guò)控制線圈施加電流的時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)。這種實(shí)現(xiàn)包括兩種方式，一種是通過(guò)控制器(例如數(shù)字延遲發(fā)生器)對(duì)激光束的出射時(shí)間和線圈施加電流時(shí)間進(jìn)行精確的同步控制，也即當(dāng)脈沖激光束的前半個(gè)脈沖通過(guò)磁致旋光介質(zhì)時(shí)，線圈上沒(méi)有電流(或具有電流)，而當(dāng)脈沖激光束的后半個(gè)脈沖通過(guò)磁致旋光介質(zhì)時(shí)，線圈上則具有電流(或沒(méi)有電流)，也即脈沖激光束的前后半個(gè)脈沖通過(guò)磁致旋光介質(zhì)時(shí)線圈上的電流狀態(tài)是完全相反的，這樣既可實(shí)現(xiàn)圖3g所示出的情況，每個(gè)偏振態(tài)均是連續(xù)占據(jù)了脈沖長(zhǎng)度的一半。對(duì)于這種情況來(lái)說(shuō)，控制上稍微復(fù)雜一些，但是帶來(lái)的好處也是顯而易見的，因?yàn)樵谶@種方式中，脈沖激光束的偏振態(tài)沒(méi)有經(jīng)過(guò)頻繁的變化，基本上不會(huì)對(duì)脈沖激光束的應(yīng)用產(chǎn)生影響，因?yàn)樵谀承?yīng)用中可能要求不能過(guò)于頻繁的改變激光束的偏振態(tài)。另外一種方式是通過(guò)頻繁的改變線圈上的電流狀態(tài)，也即每個(gè)周期中具有電流的時(shí)間和沒(méi)有電流的時(shí)間是一樣的，也即電流的占空比為I : 1，同時(shí)要求每次施加電流的時(shí)間要非常短，只要每次施加電流的時(shí)間和不施加電流的時(shí)間都非常短，才能實(shí)現(xiàn)高頻的改變脈沖激光束的偏振態(tài)，為了提高頻率，可使用兩個(gè)或兩個(gè)以上相互配合的磁致旋光介質(zhì)。 使用這種方式，只需要在脈沖激光束穿過(guò)磁致旋光晶體之前磁致旋光晶體已經(jīng)處于工作狀態(tài)即可。這種方式即可實(shí)現(xiàn)圖3h所示出的情況，這種方式的好處就是不需要精確控制施加電流的時(shí)間，并且也不需要協(xié)調(diào)激光束的出射時(shí)間，控制上相對(duì)簡(jiǎn)單，但是帶來(lái)的問(wèn)題也很明顯，也即是需要頻繁的改變激光束的偏振態(tài)，這可能導(dǎo)致在某些應(yīng)用中無(wú)法使用。實(shí)際當(dāng)中使用哪種方式，則需要根據(jù)激光束的應(yīng)用要求以及控制成本來(lái)進(jìn)行選擇。
權(quán)利要求
1.一種利用磁致旋光效應(yīng)抑制脈沖激光受激布里淵散射的裝置，其特征在于包括纏有線圈的磁致旋光介質(zhì)，脈沖線偏振激光器，當(dāng)脈沖線偏振激光器發(fā)出的脈沖線偏振激光通過(guò)所述磁致旋光介質(zhì)時(shí)，電流周期性的施加到纏在磁致旋光介質(zhì)上的線圈，以周期性的改變所述脈沖線偏振激光的偏振態(tài)，其特征在于脈沖線偏振激光束穿過(guò)所述磁致旋光介質(zhì)后，相互垂直的兩個(gè)線偏振態(tài)各自占據(jù)了脈沖激光束脈沖長(zhǎng)度的一半。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述的各自占據(jù)脈沖長(zhǎng)度的一半為每個(gè)偏振態(tài)連續(xù)的占據(jù)脈沖長(zhǎng)度的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述的各自占據(jù)脈沖長(zhǎng)度的一半為兩個(gè)相互垂直的偏振態(tài)以交替排列的方式各自占據(jù)了脈沖長(zhǎng)度的一半。
4.一種利用磁致旋光介質(zhì)抑制脈沖激光受激布里淵散射的方法，周期性的為纏繞在磁致旋光介質(zhì)上的線圈施加電流，所述磁致旋光介質(zhì)周期性的改變穿過(guò)所述磁致旋光介質(zhì)的脈沖激光束的偏振態(tài)，其特征在于脈沖激光束穿過(guò)所述磁致旋光介質(zhì)后，相互垂直的兩個(gè)線偏振態(tài)各自占據(jù)了脈沖激光束脈沖長(zhǎng)度的一半。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述的各自占據(jù)脈沖長(zhǎng)度的一半為每個(gè)偏振態(tài)連續(xù)的占據(jù)脈沖長(zhǎng)度的一半。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述的各自占據(jù)脈沖長(zhǎng)度的一半為兩個(gè)相互垂直的偏振態(tài)以交替排列的方式各自占據(jù)了脈沖長(zhǎng)度的一半。
全文摘要
一種利用磁致旋光效應(yīng)抑制受激布里淵散射的裝置，其特征在于包括纏有線圈的磁致旋光介質(zhì)，線偏振激光器，當(dāng)線偏振激光器發(fā)出的線偏振激光通過(guò)所述磁致旋光介質(zhì)時(shí)，電流周期性的施加到纏在磁致旋光介質(zhì)上的線圈，以周期性的改變所述線偏振激光的偏振態(tài)，其特征在于脈沖激光束穿過(guò)所述磁致旋光介質(zhì)后，相互垂直的兩個(gè)偏振態(tài)各自占據(jù)了脈沖激光束脈沖長(zhǎng)度的一半。
文檔編號(hào)G02F1/35GK102608827SQ20121008240
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者任芝, 安莉, 李松濤 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定)