專利名稱：一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的方法及裝置， 屬于光學領域。
背景技術：
受激布里淵散射(SBQ是產(chǎn)生相位共軛光最簡單方便的方法，在改善激光光束質量、激光核聚變、以及激光脈沖壓縮等方面具有廣泛的應用前景。然而，像激光核聚變之類的應用，既需要相位共軛光，又要求其脈沖波形和泵浦光波形相同。然而，在現(xiàn)有的SBS產(chǎn)生裝置中，一方面，SBS的閾值效應會改變脈沖前沿；另一方面，SBS的放大對泵浦脈沖后沿抽空，使整個脈沖壓縮。雖然隨著泵浦能量的增加，SBS脈沖寬度會增加，脈沖壓縮有所緩解，但常用的聚焦型液體池結構產(chǎn)生的SBS脈沖波形經(jīng)常會由于介質聲子壽命過短或光學擊穿而產(chǎn)生調制現(xiàn)象；同樣，單模或者多模石英光纖等固體介質也由于聲子壽命短等原因出現(xiàn)調制，波形保真度很差，現(xiàn)有SBS產(chǎn)生裝置中SBS脈沖波形前沿變陡、脈寬變窄及調制引起的保真度差。2004年《物理學報》第53卷第2期發(fā)表的《種子場對單池受激布里淵散射脈沖波形保真的影響》和2005年((Chinese Physics))第14卷第2期發(fā)表的《High pulse-shape fidelity realized in stimulated Brillouin scattering generator with Stokes seed injection))中提出利用種子場誘導單池SBS結構獲得與抽運光脈沖波形高保真的Mokes 放大光脈沖，得到了 90%的脈沖波形保真度。然而，從論文中可以看出，實驗裝置相當復雜， 需要5個SBS液體池，其實用性受到很大限制。這篇文章的核心思想是在SBS產(chǎn)生池中引入種子光，在其誘導下產(chǎn)生SBS，從而使SBS閾值降低，減少脈沖前沿的形變；通過增加種子光的強度來增加SBS脈寬，二者結合提高SBS脈沖波形保真度。綜上所述，獲得保真度較好的SBS脈沖波形，首先需要合理選擇布里淵介質，其聲子壽命要長、布里淵增益要高，避免調制現(xiàn)象發(fā)生；其次，設計SBS產(chǎn)生裝置結構，有效降低 SBS閾值，且能在高泵浦能量下避免光學擊穿現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有布里淵散射光產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的SBS脈沖波形前沿變陡、脈寬變窄及調制引起的保真度差、以及現(xiàn)有改進裝置結構復雜的問題，提供了一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的方法及裝置。本發(fā)明所述一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的方法，該方法為激光器發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光經(jīng)過1/2波片透射后輸出具有P偏振態(tài)分量和S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，所述P偏振態(tài)分量的偏振泵浦光依次經(jīng)過偏振片和1/4波片透射后輸出左旋圓偏振泵浦光，所述左旋圓偏振泵浦光經(jīng)過耦合透鏡進入液芯光纖中，由液芯光纖輸出受激布里淵散射光；
液芯光纖的長度選取0. 8m an之間，內(nèi)徑選取50 μ m 500 μ m之間，液芯光纖的內(nèi)部裝有的液體布里淵介質的折射率選取1. 4 2之間，聲子壽命選取1. 5ns 15ns之間；激光器發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光的波長范圍為300nm 10 μ m之間。實現(xiàn)上述方法的裝置包括激光器、1/2波片、偏振片、1/4波片、耦合透鏡和液芯光纖；激光器發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光的光軸上依次設置1/2波片、偏振片、1/4波片和耦合透鏡，1/2波片與所述光軸的夾角為θ，偏振片與所述光軸呈布儒斯特角放置，1/4波片與所述光軸垂直，耦合透鏡與所述光軸垂直；激光器發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光入射至1/2波片，1/2波片輸出具有P偏振態(tài)分量和S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，并入射至偏振片，偏振片透射P偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，偏振片反射S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，被偏振片透射輸出的P偏振態(tài)分量的偏振泵浦光入射至1/4波片，1/4波片輸出左旋圓偏振泵浦光，所述左旋圓偏振泵浦光入射至耦合透鏡，耦合透鏡輸出耦合后的左旋圓偏振泵浦光進入液芯光纖中，由液芯光纖輸出受激布里淵散射光。上述裝置可以進一步包括光電探測器，液芯光纖輸出的受激布里淵散射光為右旋圓偏振光，所述右旋圓偏振光沿原路返回，經(jīng)耦合透鏡透射后，再入射至1/4波片，1/4波片將入射的右旋圓振光全部轉換成S偏振態(tài)的光束，并經(jīng)偏振片反射輸出至光電探測器，光電探測器用于探測系統(tǒng)輸出的SBS脈沖波形。上述裝置還可以進一步包括能量探測器，激光器發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光入射至 1/2波片，1/2波片輸出具有P偏振態(tài)分量和S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，并入射至偏振片， 偏振片反射的S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光輸出至能量探測器，能量探測器用于監(jiān)測系統(tǒng)輸入的泵浦能量。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明具有裝置簡單、方法簡便、適用波長范圍廣、SBS脈沖波形可控等優(yōu)點，有望成為聚焦液體池結構及光纖的替代產(chǎn)品，在受激布里淵散射的各種應用領域具有巨大的應用潛力。


圖1為本發(fā)明裝置結構示意圖；圖2是采用本發(fā)明裝置產(chǎn)生脈寬為IOns的泵浦光脈沖波形示意圖；圖3是采用本發(fā)明裝置產(chǎn)生泵浦能量為18 μ J時脈寬為7. Ins的SBS光脈沖波形示意圖；圖4是采用本發(fā)明裝置產(chǎn)生泵浦能量為18 μ J時泵浦光和SBS光的對比圖；圖5是采用本發(fā)明裝置產(chǎn)生泵浦能量為110 μ J時脈寬為9. 7ns的SBS光脈沖波形示意圖；圖6是采用本發(fā)明裝置產(chǎn)生泵浦能量為110 μ J時泵浦光和SBS光的對比圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的方法，該方法為激光器1發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光經(jīng)過1/2波片2透射后輸出具有P偏振態(tài)分量和S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，所述P偏振態(tài)分量的偏振泵浦光依次經(jīng)過偏振片5和1/4波片6透射后輸出左旋圓偏振泵浦光，所述左旋圓偏振泵浦光經(jīng)過耦合透鏡7進入液芯光纖8中，由液芯光纖8輸出受激布里淵散射光；液芯光纖8的長度選取0. 8m ^ii之間，內(nèi)徑選取50 μ m 500 μ m之間，液芯光纖 8的內(nèi)部裝有的液體布里淵介質的折射率選取1. 4 2之間，聲子壽命選取1. 5ns 15ns 之間；激光器1發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光的波長范圍為300nm 10 μ m之間，從近紫外光到紅外光；通過改變1/2波片2的旋轉角度來改變?nèi)肷涞谋闷旨す獾哪芰浚M而獲取不同保真度的受激布里淵散射光。
具體實施方式
二 下面結合圖1至圖6說明本實施方式，本實施方式為實現(xiàn)實施方式一所述一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的方法的裝置，它包括激光器1、1/2波片2、偏振片5、1/4波片6、耦合透鏡7和液芯光纖8，激光器1發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光的光軸上依次設置1/2波片2、偏振片5、1/4波片6和耦合透鏡7，1/2波片2與所述光軸的夾角為θ，偏振片5與所述光軸呈布儒斯特角放置，1/4波片6與所述光軸垂直，耦合透鏡7與所述光軸垂直，激光器1發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光入射至1/2波片2，1/2波片2輸出具有P偏振態(tài)分量和S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，并入射至偏振片5，偏振片5透射P偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，偏振片5反射S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，被偏振片5透射輸出的P偏振態(tài)分量的偏振泵浦光入射至1/4波片6，1/4波片6輸出左旋圓偏振泵浦光，所述左旋圓偏振泵浦光入射至耦合透鏡7，耦合透鏡7輸出耦合后的左旋圓偏振泵浦光進入液芯光纖8中，由液芯光纖8輸出受激布里淵散射光。通過旋轉1/2波片2，改變1/2波片2與所述光軸的夾角θ來改變?nèi)肷涞谋闷旨す獾哪芰?，進而獲取不同保真度的受激布里淵散射光。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有SBS產(chǎn)生裝置中SBS脈沖波形前沿變陡、脈寬變窄及調制引起的保真度差、以及現(xiàn)有改進裝置結構復雜的問題，從而提供了利用充以高增益高折射率液體介質的液芯光纖組成SBS產(chǎn)生裝置。
具體實施方式
三本實施方式對實施方式二作進一步說明，所述獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的裝置還包括光電探測器3，液芯光纖8輸出的受激布里淵散射光為右旋圓偏振光，所述右旋圓偏振光沿原路返回，經(jīng)耦合透鏡7透射后，再入射至 1/4波片6，1/4波片6將入射的右旋圓振光全部轉換成S偏振態(tài)的光束，并經(jīng)偏振片5反射輸出至光電探測器3，光電探測器3用于探測系統(tǒng)輸出的SBS脈沖波形。
具體實施方式
四本實施方式對實施方式二作進一步說明，所述獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的裝置還包括能量探測器4，激光器1發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光入射至1/2波片2，1/2波片2輸出具有P偏振態(tài)分量和S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光， 并入射至偏振片5，偏振片5反射的S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光輸出至能量探測器4，能量探測器4用于監(jiān)測系統(tǒng)輸入的泵浦能量。
具體實施方式
五本實施方式對實施方式二作進一步說明，激光器1選用被動調 Q單縱模單橫模Nd: YAG固體激光器，脈沖寬度5ns 20ns，重復率0. 5Hz 3Hz，激光波長 300nm 10 μ m。
具體實施方式
六本實施方式對實施方式二作進一步說明，激光器1選用被動調Q 單縱模單橫模NchYAG固體激光器，脈沖寬度10ns，重復率1Hz，激光波長532nm。
具體實施方式
七本實施方式對實施方式二作進一步說明，耦合透鏡7的焦距為 3cm IOcm0具體實施方式
八本實施方式對實施方式二作進一步說明，耦合透鏡7的焦距為 6cm0具體實施方式
九本實施方式對實施方式二作進一步說明，液芯光纖8選用彈性熔融石英液芯光纖，液芯光纖8的長度在0. 8m an之間，內(nèi)徑在50 μ m 500 μ m之間，液芯光纖8的內(nèi)部裝有的液體布里淵介質的折射率選取1. 4 2之間，聲子壽命選取1. 5ns 15ns之間。在所有的液體介質中，的布里淵增益最高、聲子壽命最長，所以其聲場的慣性也最長，SBS散射光和泵浦光能量交換過程中聲波場的反應很慢，進而阻礙弛豫振蕩，SBS 光脈沖波形不易出現(xiàn)調制現(xiàn)象。但是，CS2的擊穿閾值低，普通的聚焦結構在高泵浦能量極易發(fā)生光學擊穿現(xiàn)象。本發(fā)明采用的裝有液芯光纖的結構擁有聚焦液體介質池和石英光纖兩方面的優(yōu)勢(1)液芯光纖結構導致SBS閾值很低，能夠避免SBS脈沖前沿變陡；(2)CS2的聲子壽命很長，不易出現(xiàn)調制現(xiàn)象；(3)液芯光纖結構使得SBS作用長度較長，即使泵浦能量達到幾十倍閾值也不易發(fā)生擊穿現(xiàn)象。(4)液芯光纖體積小、易彎曲，便于實際應用。
具體實施方式
十本實施方式對實施方式二作進一步說明，液芯光纖8選用彈性熔融石英液芯光纖，液芯光纖8的長度為lm，內(nèi)徑為200 μ m,液芯光纖8的內(nèi)部裝有的液體布里淵介質的折射率為1. 63，聲子壽命為1. 6ns。
具體實施方式
十一本實施方式給出一個具體實施例，SBS發(fā)生裝置如圖1所示。 固體ND:YAG被動調Q激光器輸出脈寬為IOns的單縱模近高斯型脈沖，重復率為1Hz。諧振腔內(nèi)插入1.5mm小孔用來限制高階橫模。激光倍頻后輸出波長為532nm脈沖激光。激光器 1輸出P偏振泵浦激光脈沖經(jīng)1/2波片2透射后，得到具有P分量和S分量的偏振泵浦光， 所述偏振泵浦光經(jīng)偏振片5后，反射S偏振光，透射P偏振光，反射的S偏振光進入泵浦能量探頭4，用以監(jiān)測泵浦光能量的大??；所述透射的P偏振光經(jīng)1/4波片6透射后得到左旋圓偏振泵浦光，所述左旋圓偏振泵浦光經(jīng)焦距為60mm的耦合透鏡7進入液芯光纖8中。液芯光纖8長為lm，內(nèi)徑為200 μ m,液芯光纖8內(nèi)部裝有高布里淵增益，布里淵增益g = 68cm/ GW;高折射率，折射率η = 1.63 ；低吸收系數(shù)，吸收系數(shù)a = 0. 003^1的(^2液體介質，這種液芯光纖8有很大的接收角和數(shù)值孔徑(孔徑為0. 68)，耦合對準比較方便。泵浦脈沖激光能量由可旋轉的1/2波片2和偏振片5組成的衰減器進行線性調節(jié)，當泵浦脈沖激光能量超過液芯光纖8的SBS閾值，液芯光纖8內(nèi)部會發(fā)生SBS效應，形成后向傳播的SBS光， 經(jīng)1/4波片6透射后得到S偏振光，被偏振片5反射，進入光電探頭3，探測到的SBS光脈沖波形由數(shù)字示波器DP04032記錄。改變泵浦光能量會得到不同保真度的SBS光脈沖，當泵浦光能量為110 μ J以上，即為SBS閾值(7.5yJ)的15倍以上時，SBS脈沖波形保真度達 94%以上。 利用可旋轉的1/2波片2和偏振片5組成的衰減器線性調節(jié)泵浦光能量，測量了不同泵浦能量下的SBS脈沖波形。從圖4中可以看出，低泵浦能量下SBS脈沖出現(xiàn)明顯的脈沖壓縮和前沿變陡現(xiàn)象。隨著泵浦能量的增加，SBS指數(shù)增益(G = gIL，g為布里淵增益系數(shù)，I為泵浦強度，L為作用長度)變大，導致SBS脈沖寬度逐漸變寬，直到增益飽和出現(xiàn)， SBS脈沖波形基本不變，且與泵浦光脈沖基本一致，如圖6所示。波形保真度的定義為峰值歸一化的SBS光脈沖和泵浦光脈沖的能量比。經(jīng)計算，泵浦能量為IlOyJ時SBS脈沖波形保真度達94%。然而，通常的聚焦型液體池SBS產(chǎn)生裝置無法獲得高保真度的脈沖波形，這主要是由于當泵浦能量較高時，CS2極易發(fā)生光學擊穿現(xiàn)象，導致SBS脈沖發(fā)生調制現(xiàn)象。而其他常用液體介質，如重氟碳化合物(FC系列)、聚全氟醚化合物(HT系列)等， 雖然擊穿閾值較高，但聲子壽命較短。聲子壽命代表著聲場的慣性，聲子壽命越短，聲場的慣性越小，SBS光和泵浦光能量交換過程中聲波場的反應就越快，弛豫振蕩容易發(fā)生，因此 SBS脈沖易出現(xiàn)調制現(xiàn)象。目前，常用的固體介質為石英光纖，其聲子壽命同樣很短，SBS脈沖波形調制嚴重。雖然出現(xiàn)一些消調制的方法，但裝置都比較復雜。液芯光纖既具有其液體介質的優(yōu)勢，又因為作用長度較長、閾值較低，即使泵浦能量達到幾十倍閾值也不易發(fā)生擊穿現(xiàn)象，因此能獲得保真度很高的脈沖波形。
權利要求
1.一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的方法，其特征在于，該方法為激光器(1)發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光經(jīng)過1/2波片( 透射后輸出具有P偏振態(tài)分量和S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，所述P偏振態(tài)分量的偏振泵浦光依次經(jīng)過偏振片( 和1/4 波片(6)透射后輸出左旋圓偏振泵浦光，所述左旋圓偏振泵浦光經(jīng)過耦合透鏡(7)進入液芯光纖(8)中，由液芯光纖(8)輸出受激布里淵散射光；液芯光纖(8)的長度選取0. 8m an之間，內(nèi)徑選取50 μ m 500 μ m之間，液芯光纖 (8)的內(nèi)部裝有的液體布里淵介質的折射率選取1. 4 2之間，聲子壽命選取1. 5ns 15ns 之間；激光器(1)發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光的波長范圍為300nm 10 μ m之間。
2.實現(xiàn)權利要求1所述的一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的方法的裝置，其特征在于，它包括激光器(1)、1/2波片O)、偏振片(幻、1/4波片(6)、耦合透鏡(7)和液芯光纖⑶，激光器(1)發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光的光軸上依次設置1/2波片O)、偏振片 、l/4 波片(6)和耦合透鏡(7)，1/2波片(2)與所述光軸的夾角為θ，偏振片(5)與所述光軸呈布儒斯特角放置，1/4波片(6)與所述光軸垂直，耦合透鏡(7)與所述光軸垂直，激光器(1)發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光入射至1/2波片( ，1/2波片( 輸出具有P偏振態(tài)分量和S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，并入射至偏振片(5)，偏振片( 透射P偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，偏振片( 反射S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，被偏振片( 透射輸出的P 偏振態(tài)分量的偏振泵浦光入射至1/4波片(6)，1/4波片(6)輸出左旋圓偏振泵浦光，所述左旋圓偏振泵浦光入射至耦合透鏡(7)，耦合透鏡(7)輸出耦合后的左旋圓偏振泵浦光進入液芯光纖(8)中，由液芯光纖(8)輸出受激布里淵散射光。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的裝置，其特征在于，它還包括光電探測器(3)，液芯光纖(8)輸出的受激布里淵散射光為右旋圓偏振光，所述右旋圓偏振光沿原路返回，經(jīng)耦合透鏡(7)透射后，再入射至1/4波片(6)， 1/4波片(6)將入射的右旋圓振光全部轉換成S偏振態(tài)的光束，并經(jīng)偏振片( 反射輸出至光電探測器(3)，光電探測器(3)用于探測系統(tǒng)輸出的SBS脈沖波形。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的裝置，其特征在于，它還包括能量探測器G)，激光器(1)發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光入射至1/2 波片( ，1/2波片( 輸出具有P偏振態(tài)分量和S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，并入射至偏振片(5)，偏振片( 反射的S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光輸出至能量探測器0)，能量探測器(4)用于監(jiān)測系統(tǒng)輸入的泵浦能量。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的裝置，其特征在于，激光器(1)選用被動調Q單縱模單橫模Nd: YAG固體激光器，脈沖寬度 5ns 20ns，重復率0. 5Hz 3Hz，激光波長300nm 10 μ m。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的裝置，其特征在于，激光器(1)選用被動調Q單縱模單橫模Nd: YAG固體激光器，脈沖寬度 10ns，重復率1Hz，激光波長532nm。
7.根據(jù)權利要求2所述的一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的裝置，其特征在于，耦合透鏡(7)的焦距為3cm 10cm。
8.根據(jù)權利要求2所述的一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的裝置，其特征在于，耦合透鏡(7)的焦距為6cm。
9.實現(xiàn)權利要求2所述的一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的裝置，其特征在于，液芯光纖(8)選用彈性熔融石英液芯光纖，液芯光纖(8)的長度在0.8m ail之間，內(nèi)徑在50μπι 500μπι之間，液芯光纖(8)的內(nèi)部裝有的液體布里淵介質的折射率選取1.4 2之間，聲子壽命選取1.5ns 15ns之間。
10.實現(xiàn)權利要求2所述的一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的裝置，其特征在于，液芯光纖(8)選用彈性熔融石英液芯光纖，液芯光纖(8)的長度為lm， 內(nèi)徑為200μπι，液芯光纖(8)的內(nèi)部裝有的液體布里淵介質的折射率為1.63，聲子壽命為 1. 6ns0
全文摘要
一種獲取具有高度保真脈沖波形的受激布里淵散射光的方法及裝置，屬于光學領域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有布里淵散射光產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的SBS脈沖波形前沿變陡、脈寬變窄及調制引起的保真度差、以及現(xiàn)有改進裝置結構復雜的問題。本發(fā)明的激光器發(fā)出的P偏振態(tài)泵浦激光經(jīng)過1/2波片透射后輸出具有P偏振態(tài)分量和S偏振態(tài)分量的偏振泵浦光，所述P偏振態(tài)分量的偏振泵浦光依次經(jīng)過偏振片和1/4波片透射后輸出左旋圓偏振泵浦光，所述左旋圓偏振泵浦光經(jīng)過耦合透鏡進入液芯光纖中，由液芯光纖輸出受激布里淵散射光；液芯光纖輸出的受激布里淵散射光為右旋圓偏振光，所述右旋圓偏振光沿原路返回，由1/4波片將入射的右旋圓振光全部轉換成S偏振態(tài)的光束。
文檔編號H01S3/30GK102231475SQ20111011670
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權日2011年5月6日
發(fā)明者孫頔, 曹桂源, 李健一, 李恩濤, 畢雅鳳, 高瑋 申請人:哈爾濱理工大學