专利名称：利用旋转波片抑制脉冲激光受激布里渊散射装置和方法
技术领域：
本发明涉及受激布里渊散射，属于光电子技术领域。
背景技术：
受激布里渊散射属于本领域所熟知的技术，被广泛应用于相位共轭补偿，激光探测，以及光通信等领域，在不同的应用中对于受激布里渊的散射的要求也是不一样的，在激光探测以及相位共轭补偿的应用中一般都需要高强度的受激布里渊散射信号，此时一般都是尽可能的来放大受激布里渊散射信号以获得最好的效果，但是在光通信等的有些领域中则是需要控制受激布里渊散射的强度，也即不是单纯的追求最大的受激布里渊散射的发生，而在另外一些情况下则是希望抑制受激布里渊散射的发生，因为发生的受激布里渊散射信号可能会对其中传输的介质产生破坏性的影响，或者会在传输的信号中增加噪声，面对这样的技术问题，人们提出了各种控制或抑制受激布里渊散射信号强度的方法和装置， 中国专利申请201010602554. 0就公开了这样一种受激布里渊散射的抑制方法和装置。其中心思想是利用旋转的波片使得激光束在前后位置上具有不同的偏振方向，优选是相互垂直的，则可以很好的抑制后面的激光对前端所产生的受激布里渊光的放大作用，但是该专利只是提出了这样一种方法，该方法对于布里渊散射具有一定的抑制作用是毋庸置疑的， 但是该申请对于特定的激光束如何实现较好的抑制作用却并没有涉及，例如，脉冲激光束， 虽然只要使得激光束在前后位置上具有相互垂直的偏振态即可实现一定的抑制作用，但是如何实现较好的抑制作用对于本领域技术人员来说却是未知的，本发明就是针对该问题而提出来的。
发明内容
本发明为解决上述的技术问题而提出了一种利用旋转波片抑制脉冲激光束受激布里渊散射的方法和装置，使用该方法和装置可实现对于脉冲激光束较好的抑制作用。下面对于本发明的工作原理进行详细的说明，其中图I和图2示出了中国专利申请201010602554. 0中的受激布里渊散射抑制装置。图I中示出的为图2中波片转盘(3)， 波片转盘(3)和波片转盘旋转支架(2)以及激光器(I)共同组成了该受激布里渊散射抑制装置，其中所述的波片转盘(3)能够绕着所述波片转盘旋转支架(2)的旋转轴旋转，并且在旋转过程中能够使得穿过该转盘中心外围的边缘部分的线偏振激光束的前后相邻部分具有不同的偏振态。如图I中，该波片转盘为圆盘形，该圆盘具有多个以圆心为中心点的扇形半波片，并且每两个相邻的扇形半波片之间是空气或者全波片，如图I所示，如果圆盘的中央上方右边的第一个扇形是半波片，则按顺时针旋转，下一个扇形就是空气或全波片，再下一个扇形就还是半波片，再下一个扇形就是空气或全波片。如果激光器(I)为脉冲激光器， 对激光器(I)发射的脉冲激光束穿过处于旋转状态的波片转盘后，激光束的偏振态就会由原来的单一线偏振变为两种偏振态，根据每一半波片的大小以及波片转盘的转速，线偏振的脉冲激光束穿过旋转的波片转盘之后大致会出现如图3a-3h的情形。
首先来看图3a和3b，当波片转盘处于停止状态时，脉冲激光束穿过波片转盘之后其仍旧保持单一的线偏振态，或为S偏振,或为P偏振,也即在整个脉冲长度上只有S偏振或P偏振，此时受激布里渊的信号强度为最大的，也即波片转盘对于脉冲激光束的受激布里渊散射没有产生作用。接着来看图3c和3d，在整个脉冲长度上，只有很少一部分的激光束的偏振态被改变了，可以想象的是，此时波片转盘对于受激布里渊散射的抑制就起到了一定的作用，因为当脉冲激光束通过此时的波片转盘后，至少在脉冲结束的那一小段上偏振态与前面部分的偏振方向是相互垂直的，图3c和图3d示出的情况相对于图3a和图3b示出的情况来说，已经具有了受激布里渊散射的抑制作用，但是，可以理解，其抑制作用肯定不是最强的。再来看图3e和图3f，其中一种偏振态占据了整个脉冲长度的三分之一，另外一种偏振态占据了整个脉冲长度的三分之二，两者的区别只是在于占据整个脉冲长度三分之二的偏振态是连续分布的还是间隔分布的，图3e为连续分布的，图3f为间隔分布的，可以想象的是图3e和图3f所示出情况的抑制效果要好于图3c和图3d的抑制效果。最后来看图3g和图3h，在这两个图中，任何一种偏振态都占据了整个脉冲长度的一半，也即整个脉冲长度被两种相互垂直的偏振态平均占据了，区别在于一个是连续占据了脉冲的一半，另外一个是以间隔交错的方式占据了脉冲的一半，那么问题也就来了，此时图3g和图3h所示出抑制效果比图3e和图3f所示出的抑制效果相比是好还是不好。为了解决上述的问题，我们先在理论上分析一下受激布里渊散射。我们知道，受激布里渊光的信号强度Js，其中Is表不受激布里渊散射光的信号强度，Ip表不入射的激光束强度，g0表示受激布里渊散射增益系数，I表示受激布里渊散射光与入射的激光之间的相互作用长度。对于一般的纳秒以及飞秒或皮秒激光器来说，其脉冲长度最长的应该是纳秒激光器，对于几个纳秒脉冲长度的激光束，其所具有的脉冲长度约为2米左右(例如通常的水， 光纤等传输介质)，那么其中最长的相互作用长度也即为脉冲长度的一半(因为受激布里渊散射光与原激光束的传播方向相反)，也即为I米左右，在这个长度或更短的距离上，对于通常所用的光传输介质来说，可以忽略激光束的衰减，也即认为Ip为一常数，受激布里渊散射增益系数g0只与激光传输介质的材料特性有关,其为一常数，我们假设S (或P)偏振态
所占据的脉冲长度为X，那么该偏振态的实际相互作用长度应该为f，而P (或S)偏振态所
占据的长度就应该为--X，其实际的相互作用长度为--叾，其中c表不光速，n表不激光
n2n 2
束在其中传播的介质折射率，T为脉冲激光束的脉冲宽度，那么该脉冲激光束在介质中产生的受激布里渊散射光强&+其中Iss表示该脉冲激光束中两个偏振态(P
偏振和S偏振态)所产生的总受激布里渊散射强度，表示S (或P)偏振态所产生的受
激布里渊散射光强，表示P (或S)偏振态所产生的受激布里渊散射光强，对Iss求
导得到极值可得，当^ = ^时脉冲激光束所产生的总受激布里渊光强得到极值，根据上面
In
的分析进行数学分析可以得到该极值为最小值，那么可以得出这样的结论，当一种偏振态(S或P偏振态)占据整个脉冲长度的一半时可以得到最好的抑制效果，也即图3g和图3h 所示出的情况。因此，为了对脉冲激光束实现较好的受激布里渊散射抑制效果，我们在使用波片转盘进行受激布里渊散射抑制的时候就应当使得脉冲激光束穿过波片转盘之后出现图3h 或图3g所示出效果，当脉冲激光束穿过波片转盘之后，相互垂直的两个偏振态各自占据了脉冲激光束长度的一半，具有这种偏振态分布的激光束即具有了受激布里渊散射抑制功能，当这样的激光束在光纤等传输介质中传输时即可对传输介质中的受激布里渊散射起到较好的抑制作用。本发明包括一种利用旋转波片抑制脉冲激光受激布里渊散射的装置，包括波片转盘，所述波片转盘包括绕旋转轴旋转的波片，在所述波片绕旋转轴旋转一周所形成的圆平面上，所述波片转盘包括若干个关于旋转轴对称分布的半波片，并且在相邻的半波片之间具有空气间隔或全波片，其特征在于半波片与半波片之间的全波片或空气隙具有完全相同的形状和大小，然后以匀速对波片转盘进行旋转，使得脉冲激光束穿过波片转盘之后相互垂直的两个线偏振态各自占据脉冲激光脉冲长度的一半。根据其中一个实施例，其中所述的各自占据脉冲长度的一半为每个偏振态连续的占据脉冲长度的一半。根据其中一个实施例，其中所述的各自占据脉冲长度的一半为两个相互垂直的线偏振态以交替排列的方式各自占据了脉冲长度的一半。一种利用波片转盘抑制脉冲激光受激布里渊散射方法，使得脉冲激光束穿过匀速旋转的波片转盘，所述波片转盘包括绕旋转轴旋转的波片，在所述波片绕旋转轴旋转一周所形成的圆平面上，所述波片转盘包括若干个关于旋转轴对称分布的半波片，并且在相邻的半波片之间具有空气间隔或全波片，半波片与半波片之间的全波片或空气隙具有完全相同的形状和大小，当脉冲激光束穿过波片转盘之后，相互垂直的两个偏振态各自占据脉冲长度的一半。根据其中一个实施例，其中所述的各自占据脉冲长度的一半为每个偏振态连续的占据脉冲长度的一半。根据其中一个实施例，其中所述的各自占据脉冲长度的一半为两个相互垂直的偏振态以交替排列的方式各自占据了脉冲长度的一半。
图I是现有技术中一波片转盘的实施例的示意图；图2是现有技术中控制受激布里渊散射的装置结构示意图；图3a_3h是本发明中两种偏振态(S和P)在脉冲激光束的脉冲长度上占据不同长度的示意图。
具体实施例方式通过上面的分析我们可以得到，为了在激光束的整个脉冲长度上获得较好的受激布里渊散射的抑制效果，需要做到的就是使得脉冲激光束在穿过波片转盘之后相互垂直的两个偏振态所占据的长度均为脉冲激光束脉冲长度的一半。为了实现两个相互垂直的两个偏振态各自占据脉冲激光束长度的一半，最简单最行之有效的方法就是首先使得波片转盘上的半波片与半波片之间的全波片或空气隙具有完全相同的形状和大小，然后以匀速对波片转盘进行旋转。当然，半波片与全波片或空气隙也可以具有不同的形状和大小，但是此时就需要准确控制波片转盘的速度，以保证激光束穿过半波片与穿过全波片或空气隙的时间是一样的，这样才能实现两个偏振态各自占据脉冲长度的一半。以半波片与半波片之间的全波片或空气隙具有完全相同的形状和大小，然后以匀速对波片转盘进行旋转来获得相互垂直的偏振态各自占据一半长度的实施方式来进行说明，该方式包括两种一种是使用控制器(例如数字延时控制器)对于激光器的脉冲激光出射时间和波片转盘的转动进行精确控制，波片转盘进行匀速旋转，使得脉冲激光束的前半个脉冲穿过半波片(或全波片或空气隙)，后半个脉冲正好穿过全波片或空气隙(或半波片)，这样的方式实现的是图3g所示出的情况。对于这种情况来说，控制上稍微复杂一些，但是带来的好处也是显而易见的，因为在这种方式中，脉冲激光束的偏振态没有经过频繁的变化，基本上不会对脉冲激光束的应用产生影响，因为在某些应用中可能要求不能过于频繁的改变激光束的偏振态。另外一种是半波片和全波片(或空气隙)均具有较小的面积，并且波片转盘的旋转速度较高，当脉冲激光束穿过波片转盘时，可多次的改变激光束的偏振态，也即图3h所示出的情况。使用这种方式，只需要在脉冲激光束穿过波片转盘之前波片转盘已经处于高速旋转状态即可，这种方式的好处就是不需要精确控制波片转盘的转速，并且也不需要协调激光束的出射时间，控制上相对简单，但是带来的问题也很明显，也即是需要频繁的改变激光束的偏振态，这可能导致在某些应用中无法使用。实际当中使用哪种方式，则需要根据激光束的应用要求以及控制成本来进行选择。
权利要求
1.一种利用旋转波片抑制脉冲激光受激布里渊散射的装置，包括波片转盘，所述波片转盘包括绕旋转轴旋转的波片，在所述波片绕旋转轴旋转一周所形成的圆平面上，所述波片转盘包括若干个关于旋转轴对称分布的半波片，并且在相邻的半波片之间具有空气间隔或全波片，其特征在于半波片与半波片之间的全波片或空气隙具有完全相同的形状和大小，然后以匀速对波片转盘进行旋转，使得脉冲激光束穿过波片转盘之后相互垂直的两个线偏振态各自占据脉冲激光脉冲长度的一半，穿过所述波片转盘之后脉冲激光束即具有了受激布里渊散射抑制功能。
2.根据权利要求I的装置，其中所述的各自占据脉冲长度的一半为每个偏振态连续的占据脉冲长度的一半。
3.根据权利要求I的装置，其中所述的各自占据脉冲长度的一半为两个相互垂直的偏振态以交替排列的方式各自占据了脉冲长度的一半。
4.一种利用波片转盘抑制脉冲激光受激布里渊散射方法，使得脉冲激光束穿过匀速旋转的波片转盘，所述波片转盘包括绕旋转轴旋转的波片，在所述波片绕旋转轴旋转一周所形成的圆平面上，所述波片转盘包括若干个关于旋转轴对称分布的半波片，并且在相邻的半波片之间具有空气间隔或全波片，半波片与半波片之间的全波片或空气隙具有完全相同的形状和大小，当脉冲激光束穿过波片转盘之后，相互垂直的两个线偏振态各自占据脉冲长度的一半，穿过所述波片转盘之后脉冲激光束即具有了受激布里渊散射抑制功能。
5.根据权利要求4的方法，其中所述的各自占据脉冲长度的一半为每个偏振态连续的占据脉冲长度的一半。
6.根据权利要求4的方法，其中所述的各自占据脉冲长度的一半为两个相互垂直的偏振态以交替排列的方式各自占据了脉冲长度的一半。
全文摘要
一种利用旋转波片抑制脉冲激光受激布里渊散射装置，包括波片转盘，所述波片转盘包括绕旋转轴旋转的波片，在所述波片绕旋转轴旋转一周所形成的圆平面上，所述波片转盘包括若干个关于旋转轴对称分布的半波片，并且在相邻的半波片之间具有空气间隔或全波片，其特征在于半波片与半波片之间的全波片或空气隙具有完全相同的形状和大小，然后以匀速对波片转盘进行旋转，使得脉冲激光束穿过波片转盘之后相互垂直的两个偏振态各自占据脉冲长度的一半。
文档编号G02B5/30GK102608826SQ20121008240
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者任芝, 李松涛 申请人:华北电力大学(保定)