專利名稱：一種獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非線性光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠獲得超穩(wěn)定性Stokes 光的方法。
背景技術(shù)：
在許多非線性光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是在各種激光受激布里淵放大系統(tǒng)的設(shè) 計實施中，都需要穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的Stokes頻移種子光，例如布里淵激光并束系統(tǒng) 中的Stokes鎖相信號光；脈沖整形系統(tǒng)的Stokes誘導(dǎo)光；布里淵放大實驗系 統(tǒng)的布里淵種子光等等。這些Stokes頻移光在系統(tǒng)中的作用均至關(guān)重要，其 穩(wěn)定性的好壞直接決定著整個系統(tǒng)的性能。目前在這些應(yīng)用系統(tǒng)中，獲得 Stokes頻移光的一般方法是直接利用聚焦結(jié)構(gòu)的受激布里淵散射(SBS)產(chǎn)生 頻移量為聲波頻率的Stokes光。然而在受激布里淵散射中，對能量耦合起核 心作用的聲學(xué)波是建立于介質(zhì)內(nèi)的聲學(xué)噪聲中，該固有特性使其轉(zhuǎn)換的Stokes 光穩(wěn)定性較差(體現(xiàn)在能量反射率、脈沖波形、光束質(zhì)量等多個方面的不穩(wěn)定)。 同時，受激布里淵散射的閾值效應(yīng)對低能量激光的作用限制，以及受激布里淵 散射的聚焦結(jié)構(gòu)對高能量激光的負(fù)載問題均嚴(yán)重限制了其適用范圍，因此迫切 需要開展更加優(yōu)化的Stokes光轉(zhuǎn)換機理研究，獲得高穩(wěn)定性且具有良好適應(yīng) 性的Stokes頻移光。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決已有的利用聚焦結(jié)構(gòu)的受激布里淵散射方法獲 得的Stokes頻移光穩(wěn)定性差的問題，從而提供了一種能夠獲得超穩(wěn)定Stokes 頻移光的方法。
一種獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的方法，該方法獲得超穩(wěn)型Stokes頻移光 的裝置包括l/2波片、第一偏振片、第二偏振片、第一反射鏡、第二反射鏡、 第一介質(zhì)池、第二介質(zhì)池、透鏡、衰減片和1/4波片，用該裝置獲得超穩(wěn)型Stokes 頻移光的方法為系統(tǒng)輸入的線偏振光入射至l/2波片，經(jīng)l/2波片透射至第 一偏振片，并在第一偏振片處分成透射的光束A和反射的光束C，所述光束A
4入射至第一介質(zhì)池，所述光束A的脈沖前沿根部穿過第一介質(zhì)池入射至衰減 片，經(jīng)所述衰減片透射至l/4波片，經(jīng)所述1/4波片透射至透鏡，經(jīng)所述透鏡 聚焦到第二介質(zhì)池中并與第二介質(zhì)池中的布里淵介質(zhì)產(chǎn)生受激布里淵作用產(chǎn) 生光束B，所述光束B沿入射光的光路反向輸出至透鏡，經(jīng)所述透鏡透射至 1/4波片，經(jīng)所述1/4波片透射至衰減片，經(jīng)衰減片透射至第一介質(zhì)池中，光 束C經(jīng)第一偏振片反射至第二偏振片，經(jīng)所述第二偏振片反射至第一反射鏡， 經(jīng)所述第一反射鏡反射至第二反射鏡，經(jīng)所述第二反射鏡反射至第一介質(zhì)池中 與光束B相遇并發(fā)生干涉，其干涉形成拍頻并在第一介質(zhì)池中的介質(zhì)內(nèi)驅(qū)動 起聲學(xué)波，所述光束A的脈沖主體部分受到所述聲學(xué)波散射形成光束D，所 述光束D沿光束C的光路反向從第一介質(zhì)池中輸出，所述輸出的光束D即為 Stokes頻移光，光束A和光束C處于同一強度量級，1/2波片的光路方向與入 射光的P偏振方向的夾角為22.5。。
工作原理聲學(xué)波的建立和增長機理是激光Stokes頻率轉(zhuǎn)換的核心環(huán)節(jié)， 受激布里淵散射效應(yīng)之所以穩(wěn)定性較差，就是因為其聲學(xué)波是在介質(zhì)內(nèi)與其它 聲學(xué)噪聲的強烈競爭中發(fā)展起來的，因此，采用一種聲學(xué)波的主動驅(qū)動方式， 使其建立不受噪聲影響，并對其強度進(jìn)行控制，即能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的Stokes光 的頻率轉(zhuǎn)換和穩(wěn)定輸出。在第一介質(zhì)池的介質(zhì)中，光束B與光束C以微小偏 角(0<5。)相向傳播，相遇后發(fā)生干涉，由于其二者相差布里淵頻移，其干涉 將形成拍頻并在第一介質(zhì)中的介質(zhì)內(nèi)驅(qū)動起以聲速傳播的穩(wěn)定的密度波，即聲 學(xué)波。該聲學(xué)波一經(jīng)形成，便構(gòu)成了對光束A主體部分的散射，形成光束D。 繼而，光束A向光束D的能量轉(zhuǎn)換，使聲學(xué)波從中得到增強，光束D的增益 將得到提高，直至最終射出，形成和光束C入射方向相反的Stokes頻移光。
為了實現(xiàn)Stokes頻移光的穩(wěn)定轉(zhuǎn)換和穩(wěn)定輸出，須對各入射激光束采取 一系列控制措施，這些措施主要包括(1)光束A和光束C必須處于同一入 射強度量級。這是保證出射光束D能量穩(wěn)定、波形穩(wěn)定的最重要因素，否則 將極易出現(xiàn)波形的強烈調(diào)制現(xiàn)象，使輸出能量隨機抖動嚴(yán)重；(2)光束B入 射強度應(yīng)為光束A或光束C的五分之一左右，該入射強度配比是保證系統(tǒng)高 穩(wěn)定性的同時獲得高能量轉(zhuǎn)換效率的最佳值；(3)光束B的作用是與光束C一起激發(fā)聲學(xué)波,并不參與光束D產(chǎn)生和放大過程中的能量耦合。對于光束B， 采用低能量短聚焦受激布里淵散射來實現(xiàn)，具體表現(xiàn)為在第二介質(zhì)池前加入衰 減片(透過率T視情況而定，原則是使受激布里淵散射作用反射回來的光束B 的強度為光束A的1/5)，并采用短焦透鏡聚焦(焦距f=5~15cm)，在該狀態(tài) 下，受激布里淵散射工作在穩(wěn)定段，性能相對較好。另外，光束B僅起到參 考光作用，質(zhì)量要求不高。以上三條控制措施均為反復(fù)計算和實驗得出的結(jié)果。 聲學(xué)波的驅(qū)動方式采用相干拍頻驅(qū)動，類似于微弱光學(xué)信號放大領(lǐng)域中的布里 淵增強四波混頻。
本發(fā)明的有益效果1、聲學(xué)波為激光相干拍頻驅(qū)動而成，建立速度快且 強度可控，不受噪聲影響，因而獲得的Stokes頻移光穩(wěn)定性高；2、不存在閾 值效應(yīng)，對低能量激光適用；第一介質(zhì)池不采用聚焦結(jié)構(gòu)，激光可等比例擴束， 無負(fù)載問題，因此對高能高功率激光同樣適用，因而本發(fā)明對激光的適用范圍 較寬；3、采取前述控制措施，Stokes頻移光脈沖的波形可與入射激光保持關(guān) 聯(lián)，出射光與入射光相位共軛，出射光質(zhì)量與入射光保持一致。
圖1是獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是 獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的工作原理示意圖，圖中上方寬箭頭的方向為聲學(xué) 波方向。
具體實施例方式
具體實施方式
一結(jié)合圖1說明本具體實施方式
， 一種獲得超穩(wěn)定Stokes 頻移光的方法，該方法獲得超穩(wěn)型Stokes頻移光的裝置包括1/2波片1、第一 偏振片2、第二偏振片3、第一反射鏡5、第二反射鏡4、第一介質(zhì)池6、第二 介質(zhì)池7、透鏡8、衰減片11和1/4波片12，用該裝置獲得超穩(wěn)型Stokes頻 移光的方法為系統(tǒng)輸入的線偏振光入射至1/2波片1，經(jīng)1/2波片1透射至 第一偏振片2，并在第一偏振片2處分成透射的光束A和反射的光束C，所述 光束A入射至第一介質(zhì)池6，所述光束A的脈沖前沿根部穿過第一介質(zhì)池6 入射至衰減片11，經(jīng)所述衰減片11透射至1/4波片12，經(jīng)所述1/4波片12透 射至透鏡8，經(jīng)所述透鏡8聚焦至透鏡8，經(jīng)所述透鏡8透射至1/4波片12，經(jīng)所述1/4波片12透射至衰減片 11，經(jīng)衰減片11透射至第一介質(zhì)池6中，光束C經(jīng)第一偏振片2反射至第二 偏振片3，經(jīng)所述第二偏振片3反射至第一反射鏡5，經(jīng)所述第一反射鏡5反 射至第二反射鏡4，經(jīng)所述第二反射鏡4反射至第一介質(zhì)池6中與光束B相遇 并發(fā)生干涉，其干涉形成拍頻并在第一介質(zhì)池6中的介質(zhì)內(nèi)驅(qū)動起聲學(xué)波，所 述光束A的脈沖主體部分受到所述聲學(xué)波散射形成光束D，所述光束D沿光 束C的光路反向從第一介質(zhì)池6中輸出，所述輸出的光束D即為Stokes頻移 光，光束A和光束C處于同一強度量級。
本實施方式的光束C呈一定夾角入射至第一介質(zhì)池6，此夾角由光束A 和光束C的直徑確定，保證第二反射鏡4處，光束A和光束C可以區(qū)分的情 況下，盡可能使光束A和光束C在第一介質(zhì)池6中疊交的長度最大。
具體實施方式
二本具體實施方式
與具體實施方式
一所述的一種獲得超穩(wěn) 定Stokes頻移光的方法的區(qū)別在于系統(tǒng)輸入的線偏振光為P方向的線偏振光 或S方向的線偏振光。
本實施方式的P或S方向振動的線偏振光，經(jīng)1/2波片1后調(diào)整偏振方向， 其中P分量和S分量各占50% 。
具體實施方式
三本具體實施方式
與具體實施方式
二所述的一種獲得超穩(wěn) 定Stokes頻移光的方法的區(qū)別在于所述第一介質(zhì)池6中的布里淵介質(zhì)和第二 介質(zhì)池7中的介質(zhì)為相同布里淵介質(zhì)，并均為CS2、 CC14、 FC-72、 FC-75、丙 酮或乙醇中的一種。
本發(fā)明對不同波長的入射激光均適用，只需所選介質(zhì)的布里淵增益譜與入 射激光相對應(yīng)即可。
具體實施方式
四本具體實施方式
與具體實施方式
三所述的一種獲得超穩(wěn) 定Stokes頻移光的方法的區(qū)別在于光束B的強度為光束A或光束C強度的1/5。
具體實施方式
五本具體實施方式
與具體實施方式
四所述的一種獲得超穩(wěn) 定Stokes頻移光的方法的區(qū)別在于透鏡8焦距為5cm 15cm。
具體實施方式
六本具體實施方式
與具體實施方式
五所述的一種獲得超穩(wěn) 定Stokes頻移光的方法的區(qū)別在于第一介質(zhì)池6的長度為40cm 80cm。
7本實施方式中的第一介質(zhì)池6的長度設(shè)置，是為了保證光束C與光束A 和光束B的疊交區(qū)域完全處于第一介質(zhì)池6中。
具體實施方式
七本具體實施方式
與具體實施方式
六所述的一種獲得超穩(wěn) 定Stokes頻移光的方法的區(qū)別在于第二介質(zhì)池7的長度為30cm 50cm。
本實施方式中的第二介質(zhì)池7的長度設(shè)置，是為了保證透鏡8的焦點處于 第二介質(zhì)池7的中間部位。
具體實施方式
八本具體實施方式
與具體實施方式
七所述的一種獲得超穩(wěn) 定Stokes頻移光的方法的區(qū)別該方法所用裝置還包括第一光吸收器13和第二 光吸收器14，所述第一光吸收器13吸收第一介質(zhì)池6中輸出的光束C，第二 光吸收器14吸收第二介質(zhì)池7輸出的光束A。
本實施方式中的第一光吸收器13用于吸收在第一介質(zhì)池6中作用剩余的 光束C，第二光吸收器14用于吸收在第二介質(zhì)池7中作用剩余的光束A。
具體實施方式
九本具體實施方式
與具體實施方式
八所述的一種獲得超穩(wěn) 定Stokes頻移光的方法的區(qū)別在于所述光束C在入射至第一介質(zhì)池之前，在 光路上相對光束A具有1/4個脈沖光程的延遲。
權(quán)利要求
1、一種獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的方法，該方法所用的裝置包括1/2波片(1)、第一偏振片(2)、第二偏振片(3)、第一反射鏡(5)、第二反射鏡(4)、第一介質(zhì)池(6)、第二介質(zhì)池(7)、透鏡(8)、衰減片(11)和1/4波片(12)，其特征是用該裝置獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的方法為系統(tǒng)輸入的線偏振光入射至1/2波片(1)，經(jīng)1/2波片(1)透射至第一偏振片(2)，并在第一偏振片(2)處分成透射的光束A和反射的光束C，所述光束A入射至第一介質(zhì)池(6)，所述光束A的脈沖前沿根部穿過第一介質(zhì)池(6)入射至衰減片(11)，經(jīng)所述衰減片(11)透射至1/4波片(12)，經(jīng)所述1/4波片(12)透射至透鏡(8)，經(jīng)所述透鏡(8)聚焦到第二介質(zhì)池(7)中并與第二介質(zhì)池(7)中的布里淵介質(zhì)產(chǎn)生受激布里淵作用產(chǎn)生光束B，所述光束B沿入射光的光路反向輸出至透鏡(8)，經(jīng)所述透鏡(8)透射至1/4波片(12)，經(jīng)所述1/4波片(12)透射至衰減片(11)，經(jīng)衰減片(11)透射至第一介質(zhì)池(6)中，光束C經(jīng)第一偏振片(2)反射至第二偏振片(3)，經(jīng)所述第二偏振片(3)反射至第一反射鏡(5)，經(jīng)所述第一反射鏡(5)反射至第二反射鏡(4)，經(jīng)所述第二反射鏡(4)反射至第一介質(zhì)池(6)中與光束B相遇并發(fā)生干涉，其干涉形成拍頻并在第一介質(zhì)池(6)中的介質(zhì)內(nèi)驅(qū)動起聲學(xué)波，光束A的脈沖主體部分受到所述聲學(xué)波散射形成光束D，所述光束D沿光束C的光路反向從第一介質(zhì)池(6)中輸出，所述輸出的光束D即為Stokes頻移光，光束A和光束C處于同一強度量級。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的方法，其特征 在于系統(tǒng)輸入的線偏振光為P方向的線偏振光或S方向的線偏振光。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的方法，其特征 在于所述第一介質(zhì)池(6)中的介質(zhì)和第二介質(zhì)池(7)中的布里淵介質(zhì)為相同 布里淵介質(zhì)，并均為CS2、 CCU、 FC-72 、 FC-75、丙酮或乙醇中的一種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的方法，其特征 在于光束B的強度為光束A強度或光束C強度的1/5。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的方法，其特征 在于透鏡(8)的焦距為5cm 15cm。
6、 據(jù)權(quán)利要求5所述的一種獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的方法，其特征在 于第一介質(zhì)池(6)的長度為40cm 80cm。
7、 據(jù)權(quán)利要求6所述的一種獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的方法，其特征在 于第二介質(zhì)池(7)的長度為30cm 50cm。
8、 據(jù)權(quán)利要求7所述的一種獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的方法，其特征在 于該方法所用裝置還包括第一光吸收器(13)和第二光吸收器(14)，所述第 一光吸收器(13)吸收第一介質(zhì)池(6)中輸出的光束C，第二光吸收器(14) 吸收第二介質(zhì)池(7)輸出的光束A。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的方法，其特征 在于所述光束C相對于光束A在入射至第一介質(zhì)池之前經(jīng)歷1/4個脈沖光程 的延遲。
全文摘要
一種獲得超穩(wěn)定Stokes頻移光的方法，它涉及非線性光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。它解決了已有方法獲得的Stokes頻移光穩(wěn)定性差的問題。本方法將系統(tǒng)入射的線偏振光在第一偏振片處分束為透射的光束A和反射的光束C，光束A的脈沖前沿的先頭部分穿過第一介質(zhì)池后經(jīng)衰減片和1/4波片后由透鏡聚焦至第二介質(zhì)池，并在第二介質(zhì)池中產(chǎn)生光束B，光束B沿光束A的光路反向返回至第一介質(zhì)池中，并在第一介質(zhì)池中與光束C相遇發(fā)生干涉，其干涉形成拍頻并驅(qū)動起穩(wěn)定的聲學(xué)波，光束A的脈沖主體部分受到所述聲學(xué)波散射形成光束D，即Stokes頻移光。本方法適用于需要超穩(wěn)定型Stokes頻移光的各種系統(tǒng)和場合。
文檔編號G02F1/35GK101430474SQ20081020963
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者何偉明, 呂志偉, 朱成禹 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)