專利名稱：連續(xù)聲光衍射全光纖調q的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及聲光技術及激光技術領域，具體涉及光纖激光器的調Q技術。
技術背景光纖激光器調Q方法之一是沿用傳統(tǒng)聲光Q開關，將光纖中的振蕩激光準 直后通過聲光Q開關，然后再耦合回光纖中去。因此插入損耗很大， 一般大于 2dB。這對大功率光纖激光器而言是較大的功率損耗。如果以光纖激光器的增益光纖為聲光互作用介質，直接對增益光纖施加聲 波激勵，當入射聲波以布拉格角入射時，可以形成布拉格衍射。根據(jù)聲光互作 用的耦合波方程和參量互作用原理，可知如要滿足布拉格衍射，且衍射效率足 夠高，才能使衍射光脫離數(shù)值孔徑限制而成為泄漏波。由于構成光纖的主要材 料二氧化硅的彈光效應不明顯，要直接實現(xiàn)調Q需要很高的入射聲波頻率及高 的入射聲波功率密度。而目前國內(nèi)的聲換能器，其產(chǎn)生的聲波最高頻率比較低， 聲波功率密度比較小，遠遠達不到形成泄漏波衍射的要求。如果以較低的聲波 頻率和功率密度入射，來完成聲光衍射，形成泄漏波，就不能釆用上述的直接 調Q方法。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的問題是如何提供一種如何降低全光纖聲光調Q中對聲 光互作用聲波頻率和聲波功率的要求，以在現(xiàn)有工藝條件下實現(xiàn)聲光全光纖調Q。本發(fā)明所提出的技術問題是這樣解決的提供一種連續(xù)聲光衍射全光纖調Q 的方法，將多組壓電換能器作用于光纖激光器的增益光纖，壓電換能器連接多 路射頻信號源，多路射頻信號源對每組壓電換能器陣列施加頻率、相位和幅度 可以調整的射頻信號，每組壓電換能器至少由兩個壓電換能器構成，其特征在 于，通過改變每組壓電換能器中換能器陣列輸入射頻信號的相位來改變由該壓 電換能器陣列產(chǎn)生的合成聲波的出射角度，使其滿足布拉格衍射的聲波入射角3的出射角度，經(jīng)過多組聲光布拉格衍射，使增益光纖中的激光脫離數(shù)值孔徑的
限制，降低激光器的Q值；當壓電換能器形成的聲波場消失后，增益光纖中的位相光柵消失，激光器處于高Q值狀態(tài)。
按照本發(fā)明所提供的連續(xù)聲光衍射全光纖調Q的方法，其特征在于，通過以下幾種方式一種或者多種來滿足布拉格衍射的聲波入射角度的出射角度
① 通過改變換能器輸入射頻信號頻率；
② 改變所需要換能器陣列的組數(shù)和每組換能器陣列之間的間距；
③ 調整換能器陣列的輸入射頻信號的幅度和相位。本發(fā)明所提供的連續(xù)聲光衍射全光纖調Q的方法，是利用相控陣的原理，
使每組聲光衍射都能滿足布拉格衍射的條件，從而可以將每組產(chǎn)生的較小的聲光衍射輸出角度積累起來，以達到滿足聲光全光纖調Q的偏轉角度的目的。較小的聲光衍射角度只需要較低的入射聲波頻率和入射聲波功率密度，這在現(xiàn)有工藝條件下容易實現(xiàn)。
本發(fā)明運用的基本原理涉及以下兩個方面
① 聲光互作用原理。
根據(jù)聲光布拉格衍射原理，可知布拉格衍射的聲波入射角有下面關系
si《=* (1)
其中，^是布拉格衍射聲波入射角，義。是入射激光波長，A是換能器所產(chǎn)生的聲波波長，n是光纖纖芯內(nèi)的折射率。
由式(l)可知，布拉格衍聲波入射角&與入射聲波波長A近似反比。在聲光介質和輸入激光波長A。一定的條件下，降低入射聲波頻率F會導致減小布拉格衍射的入射角& 。
② 聲相控陣原理。
如果要實現(xiàn)其中 一組換能器陣列合成的聲波以角度"入射，則構成陣列的第n個換能器的傳播延時r"為
—w《tga M、
4其中，《為每組陣列中換能器之間的距離，^為聲波縱波波速。
根據(jù)傳播延時^ ,就可以確定激勵換能器的射頻信號之間的相位差。
本發(fā)明的有益效果①提出的連續(xù)聲光衍射全光纖調Q的方法結構簡單，
在現(xiàn)有工藝條件下容易實現(xiàn)。應用于光纖激光器時沒有插入損耗。②采用這種方
法，還可以應用于光纖通信、光纖傳感中，實現(xiàn)聲光調制。


圖1是本發(fā)明的連續(xù)聲光衍射全光纖調Q的方法的原理示意圖；圖2是本發(fā)明的連續(xù)聲光衍射全光纖調Q的方法的結構示意圖。其中，1、入射激光，2、入射射頻電信號，3、壓電換能器，4、光纖。5、
光纖纖芯，6、光纖包層，7、多路射頻信號源，8、每組換能器間的距離。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述
本發(fā)明所提供的連續(xù)聲光衍射全光纖調Q的方法，是利用多組壓電換能器作用于光纖激光器的增益光纖，每組壓電換能器至少有兩個以上壓電換能器構成。通過改變每組換能器中的換能器陣列輸入射頻信號的相位，改變由這個換能器陣列產(chǎn)生的合成聲波的出射角度，使其滿足布拉格衍射的聲波入射角度的要求。每組壓電換能器均能產(chǎn)生滿足布拉格衍射的聲波入射角。經(jīng)過多組的聲光布拉格衍射，使增益光纖中的激光脫離數(shù)值孔徑的限制，從而形成泄漏波，增大激光器的損耗，降低激光器的Q值。當聲波場消失后，光纖中的位相光柵隨即消失，激光器處于高Q值狀態(tài)。
如圖1所示，入射激光1在光纖4中傳輸，壓電換能器3 (聲換能器)在入射射頻電信號的作用下，產(chǎn)生聲波，與入射激光1在光纖4內(nèi)互作用，發(fā)生布拉格衍射現(xiàn)象。每組聲光互作用產(chǎn)生一個較小的偏轉角，經(jīng)過多組聲光相互作用后，偏轉角積累使光纖內(nèi)的激光超過光纖數(shù)值孔徑的約束，形成泄漏光，以此降低激光器的Q值。
為了使每組換能器陣列產(chǎn)生的入射聲波都滿足布拉格入射角的要求，設計如圖2所示的結構。每組壓電換能器包含兩個及以上的壓電換能器，構成換能器陣列，多路射頻信號源7對每組壓電換能器陣列施加頻率、相位和幅度可以調整的射頻信號，以保證每組換能器產(chǎn)生的合成聲波通過光纖包層6后的入射角和光纖纖芯5中的入射激光1之間滿足布拉格衍射角?？梢愿鶕?jù)入射聲波的頻率及功率密度的實際情況，采用適當?shù)膿Q能器組數(shù)或者適當調整換能器陣列間的距離8。
本發(fā)明所提供的連續(xù)聲光衍射全光纖調Q的方法，是利用相控陣的原理，使每組聲光衍射都能滿足布拉格衍射的條件，從而可以將每組產(chǎn)生的較小的聲光衍射輸出角度積累起來，以達到滿足聲光全光纖調Q的偏轉角度的目的。較小的聲光衍射角度只需要較低的入射聲波頻率和入射聲波功率密度，這在現(xiàn)有工藝條件下容易實現(xiàn)。
權利要求
1、一種連續(xù)聲光衍射全光纖調Q的方法，將多組壓電換能器作用于光纖激光器的增益光纖，壓電換能器連接多路射頻信號源，多路射頻信號源對每組壓電換能器陣列施加頻率、相位和幅度可以調整的射頻信號，每組壓電換能器至少由兩個壓電換能器構成，其特征在于，通過改變每組壓電換能器中換能器陣列輸入射頻信號的相位來改變由該壓電換能器陣列產(chǎn)生的合成聲波的出射角度，使其滿足布拉格衍射的聲波入射角的出射角度，經(jīng)過多組聲光布拉格衍射，使增益光纖中的激光脫離數(shù)值孔徑的限制，降低激光器的Q值；當壓電換能器形成的聲波場消失后，增益光纖中的位相光柵消失，激光器處于高Q值狀態(tài)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的連續(xù)聲光衍射全光纖調Q的方法，其特征在于， 通過以下幾種方式一種或者多種來滿足布拉格衍射的聲波入射角度的出射角 度① 通過改變換能器輸入射頻信號頻率；② 改變所需要換能器陣列的組數(shù)和每組換能器陣列之間的間距；③ 調整換能器陣列的輸入射頻信號的幅度和相位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)聲光衍射全光纖調Q的方法，將多組壓電換能器作用于光纖激光器的增益光纖，壓電換能器連接多路射頻信號源，每組壓電換能器至少由兩個壓電換能器構成，通過改變每組壓電換能器中換能器陣列輸入射頻信號的相位來改變由該壓電換能器陣列產(chǎn)生的合成聲波的出射角度，使其滿足布拉格衍射的聲波入射角的出射角度，經(jīng)過多組聲光布拉格衍射，使增益光纖中的激光脫離數(shù)值孔徑的限制，降低激光器的Q值；當壓電換能器形成的聲波場消失后，增益光纖中的位相光柵消失，激光器處于高Q值狀態(tài)。該方法用以解決采用較低的入射聲波頻率和聲波功率密度來完成光纖激光器的調Q問題。
文檔編號G02F1/11GK101521350SQ20091005882
公開日2009年9月2日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權日2009年4月2日
發(fā)明者敏 劉, 鷹 周, 楊立峰, 王亞非, 王占平, 高椿明 申請人:電子科技大學