專利名稱：利用旋轉(zhuǎn)波片抑制脈沖激光受激布里淵散射裝置和方法
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)用于相位共軛補償，激光探測，以及光通信等領(lǐng)域，在不同的應(yīng)用中對于受激布里淵的散射的要求也是不一樣的，在激光探測以及相位共軛補償?shù)膽?yīng)用中一般都需要高強度的受激布里淵散射信號，此時一般都是盡可能的來放大受激布里淵散射信號以獲得最好的效果，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，因為發(fā)生的受激布里淵散射信號可能會對其中傳輸?shù)慕橘|(zhì)產(chǎn)生破壞性的影響，或者會在傳輸?shù)男盘栔性黾釉肼?，面對這樣的技術(shù)問題，人們提出了各種控制或抑制受激布里淵散射信號強度的方法和裝置， 中國專利申請201010602554. 0就公開了這樣一種受激布里淵散射的抑制方法和裝置。其中心思想是利用旋轉(zhuǎn)的波片使得激光束在前后位置上具有不同的偏振方向，優(yōu)選是相互垂直的，則可以很好的抑制后面的激光對前端所產(chǎn)生的受激布里淵光的放大作用，但是該專利只是提出了這樣一種方法，該方法對于布里淵散射具有一定的抑制作用是毋庸置疑的， 但是該申請對于特定的激光束如何實現(xiàn)較好的抑制作用卻并沒有涉及，例如，脈沖激光束， 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)即可實現(xiàn)一定的抑制作用，但是如何實現(xiàn)較好的抑制作用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說卻是未知的，本發(fā)明就是針對該問題而提出來的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述的技術(shù)問題而提出了一種利用旋轉(zhuǎn)波片抑制脈沖激光束受激布里淵散射的方法和裝置，使用該方法和裝置可實現(xiàn)對于脈沖激光束較好的抑制作用。下面對于本發(fā)明的工作原理進行詳細的說明，其中圖I和圖2示出了中國專利申請201010602554. 0中的受激布里淵散射抑制裝置。圖I中示出的為圖2中波片轉(zhuǎn)盤(3)， 波片轉(zhuǎn)盤(3)和波片轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)支架(2)以及激光器(I)共同組成了該受激布里淵散射抑制裝置，其中所述的波片轉(zhuǎn)盤(3)能夠繞著所述波片轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)支架(2)的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并且在旋轉(zhuǎn)過程中能夠使得穿過該轉(zhuǎn)盤中心外圍的邊緣部分的線偏振激光束的前后相鄰部分具有不同的偏振態(tài)。如圖I中，該波片轉(zhuǎn)盤為圓盤形，該圓盤具有多個以圓心為中心點的扇形半波片，并且每兩個相鄰的扇形半波片之間是空氣或者全波片，如圖I所示，如果圓盤的中央上方右邊的第一個扇形是半波片，則按順時針旋轉(zhuǎn)，下一個扇形就是空氣或全波片，再下一個扇形就還是半波片，再下一個扇形就是空氣或全波片。如果激光器(I)為脈沖激光器， 對激光器(I)發(fā)射的脈沖激光束穿過處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的波片轉(zhuǎn)盤后，激光束的偏振態(tài)就會由原來的單一線偏振變?yōu)閮煞N偏振態(tài)，根據(jù)每一半波片的大小以及波片轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速，線偏振的脈沖激光束穿過旋轉(zhuǎn)的波片轉(zhuǎn)盤之后大致會出現(xiàn)如圖3a-3h的情形。
首先來看圖3a和3b，當波片轉(zhuǎn)盤處于停止狀態(tài)時，脈沖激光束穿過波片轉(zhuǎn)盤之后其仍舊保持單一的線偏振態(tài)，或為S偏振,或為P偏振,也即在整個脈沖長度上只有S偏振或P偏振，此時受激布里淵的信號強度為最大的，也即波片轉(zhuǎn)盤對于脈沖激光束的受激布里淵散射沒有產(chǎn)生作用。接著來看圖3c和3d，在整個脈沖長度上，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，此時波片轉(zhuǎn)盤對于受激布里淵散射的抑制就起到了一定的作用，因為當脈沖激光束通過此時的波片轉(zhuǎn)盤后，至少在脈沖結(jié)束的那一小段上偏振態(tài)與前面部分的偏振方向是相互垂直的，圖3c和圖3d示出的情況相對于圖3a和圖3b示出的情況來說，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的。再來看圖3e和圖3f，其中一種偏振態(tài)占據(jù)了整個脈沖長度的三分之一，另外一種偏振態(tài)占據(jù)了整個脈沖長度的三分之二，兩者的區(qū)別只是在于占據(jù)整個脈沖長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。最后來看圖3g和圖3h，在這兩個圖中，任何一種偏振態(tài)都占據(jù)了整個脈沖長度的一半，也即整個脈沖長度被兩種相互垂直的偏振態(tài)平均占據(jù)了，區(qū)別在于一個是連續(xù)占據(jù)了脈沖的一半，另外一個是以間隔交錯的方式占據(jù)了脈沖的一半，那么問題也就來了，此時圖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強度Js，其中Is表不受激布里淵散射光的信號強度，Ip表不入射的激光束強度，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度。對于一般的納秒以及飛秒或皮秒激光器來說，其脈沖長度最長的應(yīng)該是納秒激光器，對于幾個納秒脈沖長度的激光束，其所具有的脈沖長度約為2米左右(例如通常的水， 光纖等傳輸介質(zhì))，那么其中最長的相互作用長度也即為脈沖長度的一半(因為受激布里淵散射光與原激光束的傳播方向相反)，也即為I米左右，在這個長度或更短的距離上，對于通常所用的光傳輸介質(zhì)來說，可以忽略激光束的衰減，也即認為Ip為一常數(shù)，受激布里淵散射增益系數(shù)g0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)的脈沖長度為X，那么該偏振態(tài)的實際相互作用長度應(yīng)該為f，而P (或S)偏振態(tài)所
占據(jù)的長度就應(yīng)該為--X，其實際的相互作用長度為--叾，其中c表不光速，n表不激光
n2n 2
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&+其中Iss表示該脈沖激光束中兩個偏振態(tài)(P
偏振和S偏振態(tài))所產(chǎn)生的總受激布里淵散射強度，表示S (或P)偏振態(tài)所產(chǎn)生的受
激布里淵散射光強，表示P (或S)偏振態(tài)所產(chǎn)生的受激布里淵散射光強，對Iss求
導得到極值可得，當^ = ^時脈沖激光束所產(chǎn)生的總受激布里淵光強得到極值，根據(jù)上面
In
的分析進行數(shù)學分析可以得到該極值為最小值，那么可以得出這樣的結(jié)論，當一種偏振態(tài)(S或P偏振態(tài))占據(jù)整個脈沖長度的一半時可以得到最好的抑制效果，也即圖3g和圖3h 所示出的情況。因此，為了對脈沖激光束實現(xiàn)較好的受激布里淵散射抑制效果，我們在使用波片轉(zhuǎn)盤進行受激布里淵散射抑制的時候就應(yīng)當使得脈沖激光束穿過波片轉(zhuǎn)盤之后出現(xiàn)圖3h 或圖3g所示出效果，當脈沖激光束穿過波片轉(zhuǎn)盤之后，相互垂直的兩個偏振態(tài)各自占據(jù)了脈沖激光束長度的一半，具有這種偏振態(tài)分布的激光束即具有了受激布里淵散射抑制功能，當這樣的激光束在光纖等傳輸介質(zhì)中傳輸時即可對傳輸介質(zhì)中的受激布里淵散射起到較好的抑制作用。本發(fā)明包括一種利用旋轉(zhuǎn)波片抑制脈沖激光受激布里淵散射的裝置，包括波片轉(zhuǎn)盤，所述波片轉(zhuǎn)盤包括繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的波片，在所述波片繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周所形成的圓平面上，所述波片轉(zhuǎn)盤包括若干個關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對稱分布的半波片，并且在相鄰的半波片之間具有空氣間隔或全波片，其特征在于半波片與半波片之間的全波片或空氣隙具有完全相同的形狀和大小，然后以勻速對波片轉(zhuǎn)盤進行旋轉(zhuǎn)，使得脈沖激光束穿過波片轉(zhuǎn)盤之后相互垂直的兩個線偏振態(tài)各自占據(jù)脈沖激光脈沖長度的一半。根據(jù)其中一個實施例，其中所述的各自占據(jù)脈沖長度的一半為每個偏振態(tài)連續(xù)的占據(jù)脈沖長度的一半。根據(jù)其中一個實施例，其中所述的各自占據(jù)脈沖長度的一半為兩個相互垂直的線偏振態(tài)以交替排列的方式各自占據(jù)了脈沖長度的一半。一種利用波片轉(zhuǎn)盤抑制脈沖激光受激布里淵散射方法，使得脈沖激光束穿過勻速旋轉(zhuǎn)的波片轉(zhuǎn)盤，所述波片轉(zhuǎn)盤包括繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的波片，在所述波片繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周所形成的圓平面上，所述波片轉(zhuǎn)盤包括若干個關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對稱分布的半波片，并且在相鄰的半波片之間具有空氣間隔或全波片，半波片與半波片之間的全波片或空氣隙具有完全相同的形狀和大小，當脈沖激光束穿過波片轉(zhuǎn)盤之后，相互垂直的兩個偏振態(tài)各自占據(jù)脈沖長度的一半。根據(jù)其中一個實施例，其中所述的各自占據(jù)脈沖長度的一半為每個偏振態(tài)連續(xù)的占據(jù)脈沖長度的一半。根據(jù)其中一個實施例，其中所述的各自占據(jù)脈沖長度的一半為兩個相互垂直的偏振態(tài)以交替排列的方式各自占據(jù)了脈沖長度的一半。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中一波片轉(zhuǎn)盤的實施例的示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中控制受激布里淵散射的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a_3h是本發(fā)明中兩種偏振態(tài)(S和P)在脈沖激光束的脈沖長度上占據(jù)不同長度的示意圖。
具體實施例方式通過上面的分析我們可以得到，為了在激光束的整個脈沖長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波片轉(zhuǎn)盤之后相互垂直的兩個偏振態(tài)所占據(jù)的長度均為脈沖激光束脈沖長度的一半。為了實現(xiàn)兩個相互垂直的兩個偏振態(tài)各自占據(jù)脈沖激光束長度的一半，最簡單最行之有效的方法就是首先使得波片轉(zhuǎn)盤上的半波片與半波片之間的全波片或空氣隙具有完全相同的形狀和大小，然后以勻速對波片轉(zhuǎn)盤進行旋轉(zhuǎn)。當然，半波片與全波片或空氣隙也可以具有不同的形狀和大小，但是此時就需要準確控制波片轉(zhuǎn)盤的速度，以保證激光束穿過半波片與穿過全波片或空氣隙的時間是一樣的，這樣才能實現(xiàn)兩個偏振態(tài)各自占據(jù)脈沖長度的一半。以半波片與半波片之間的全波片或空氣隙具有完全相同的形狀和大小，然后以勻速對波片轉(zhuǎn)盤進行旋轉(zhuǎn)來獲得相互垂直的偏振態(tài)各自占據(jù)一半長度的實施方式來進行說明，該方式包括兩種一種是使用控制器(例如數(shù)字延時控制器)對于激光器的脈沖激光出射時間和波片轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動進行精確控制，波片轉(zhuǎn)盤進行勻速旋轉(zhuǎn)，使得脈沖激光束的前半個脈沖穿過半波片(或全波片或空氣隙)，后半個脈沖正好穿過全波片或空氣隙(或半波片)，這樣的方式實現(xiàn)的是圖3g所示出的情況。對于這種情況來說，控制上稍微復雜一些，但是帶來的好處也是顯而易見的，因為在這種方式中，脈沖激光束的偏振態(tài)沒有經(jīng)過頻繁的變化，基本上不會對脈沖激光束的應(yīng)用產(chǎn)生影響，因為在某些應(yīng)用中可能要求不能過于頻繁的改變激光束的偏振態(tài)。另外一種是半波片和全波片(或空氣隙)均具有較小的面積，并且波片轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)速度較高，當脈沖激光束穿過波片轉(zhuǎn)盤時，可多次的改變激光束的偏振態(tài)，也即圖3h所示出的情況。使用這種方式，只需要在脈沖激光束穿過波片轉(zhuǎn)盤之前波片轉(zhuǎn)盤已經(jīng)處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)即可，這種方式的好處就是不需要精確控制波片轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速，并且也不需要協(xié)調(diào)激光束的出射時間，控制上相對簡單，但是帶來的問題也很明顯，也即是需要頻繁的改變激光束的偏振態(tài)，這可能導致在某些應(yīng)用中無法使用。實際當中使用哪種方式，則需要根據(jù)激光束的應(yīng)用要求以及控制成本來進行選擇。
權(quán)利要求
1.一種利用旋轉(zhuǎn)波片抑制脈沖激光受激布里淵散射的裝置，包括波片轉(zhuǎn)盤，所述波片轉(zhuǎn)盤包括繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的波片，在所述波片繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周所形成的圓平面上，所述波片轉(zhuǎn)盤包括若干個關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對稱分布的半波片，并且在相鄰的半波片之間具有空氣間隔或全波片，其特征在于半波片與半波片之間的全波片或空氣隙具有完全相同的形狀和大小，然后以勻速對波片轉(zhuǎn)盤進行旋轉(zhuǎn)，使得脈沖激光束穿過波片轉(zhuǎn)盤之后相互垂直的兩個線偏振態(tài)各自占據(jù)脈沖激光脈沖長度的一半，穿過所述波片轉(zhuǎn)盤之后脈沖激光束即具有了受激布里淵散射抑制功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的裝置，其中所述的各自占據(jù)脈沖長度的一半為每個偏振態(tài)連續(xù)的占據(jù)脈沖長度的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的裝置，其中所述的各自占據(jù)脈沖長度的一半為兩個相互垂直的偏振態(tài)以交替排列的方式各自占據(jù)了脈沖長度的一半。
4.一種利用波片轉(zhuǎn)盤抑制脈沖激光受激布里淵散射方法，使得脈沖激光束穿過勻速旋轉(zhuǎn)的波片轉(zhuǎn)盤，所述波片轉(zhuǎn)盤包括繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的波片，在所述波片繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周所形成的圓平面上，所述波片轉(zhuǎn)盤包括若干個關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對稱分布的半波片，并且在相鄰的半波片之間具有空氣間隔或全波片，半波片與半波片之間的全波片或空氣隙具有完全相同的形狀和大小，當脈沖激光束穿過波片轉(zhuǎn)盤之后，相互垂直的兩個線偏振態(tài)各自占據(jù)脈沖長度的一半，穿過所述波片轉(zhuǎn)盤之后脈沖激光束即具有了受激布里淵散射抑制功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述的各自占據(jù)脈沖長度的一半為每個偏振態(tài)連續(xù)的占據(jù)脈沖長度的一半。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述的各自占據(jù)脈沖長度的一半為兩個相互垂直的偏振態(tài)以交替排列的方式各自占據(jù)了脈沖長度的一半。
全文摘要
一種利用旋轉(zhuǎn)波片抑制脈沖激光受激布里淵散射裝置，包括波片轉(zhuǎn)盤，所述波片轉(zhuǎn)盤包括繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的波片，在所述波片繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周所形成的圓平面上，所述波片轉(zhuǎn)盤包括若干個關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對稱分布的半波片，并且在相鄰的半波片之間具有空氣間隔或全波片，其特征在于半波片與半波片之間的全波片或空氣隙具有完全相同的形狀和大小，然后以勻速對波片轉(zhuǎn)盤進行旋轉(zhuǎn)，使得脈沖激光束穿過波片轉(zhuǎn)盤之后相互垂直的兩個偏振態(tài)各自占據(jù)脈沖長度的一半。
文檔編號G02B5/30GK102608826SQ20121008240
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者任芝, 李松濤 申請人:華北電力大學(保定)