[发明专利]实现非共线布里渊放大频率匹配的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及非线性光学领域，具体涉及实现布里渊放大频率匹配的装置和方法。

背景技术

受激布里渊散射相位共轭光放大(简称布里渊放大)是指在布里渊放大器中，泵浦光束从布里渊介质池的一端入射，具有小光学频移的种子光从布里渊介质池的另一端入射，两束光在没有达到阈值的条件下相互干涉，由电致伸缩力产生空间调制光栅，如果两束光具有适当的频率失调，即种子光的频移等于布里渊频移，两束光的相互作用和滞后于干涉模式的移动光栅将导致能量从泵浦光到种子光的单向转移。布里渊放大器与传统的放大器相比，具有窄的增益带宽、增益只在一个方向上、只在泵浦脉冲持续时间内存在增益等优点，其在许多领域都有着重要的应用潜力。如在布里渊散射海洋监测方面，布里渊放大可以对回波弱信号进行频谱选择性光放大，抑制其他噪声频率光波的放大，从而大幅度增加探测距离，提高信噪比。在激光组束方面，基于布里渊放大原理，可以利用一束Stokes光逐级抽取抽运光束中的能量，使多束光的能量向一束光转移实现合成输出，其具有相干性好，光强空间分布匀滑，系统结构简单、可升级等优点。

目前关于布里渊放大的研究主要集中在共线布里渊放大方面，即Stokes种子光和抽运光处于共轴情况：对于弱信号放大，由于抽运光的背向散射噪声与Stokes光共轴同向，当信号比较弱时容易被噪声淹没，从而无法获得有效的放大。基于共线布里渊放大的激光串行组束，共轴的抽运光和Stokes光的注入和放大后Stokes光的提取需要通过偏振片和波片匹配来完成，这增加了光路的复杂程度，对光束的偏振度要求较高。而且在这种共线布里渊放大结构的每个介质池中，Stokes光只能完成对一束抽运光的能量提取，因此要实现激光串行组束需要大量的光学元器件，从而会带来很大的系统损耗。为了解决共线布里渊放大的上述问题，研究者又开展了Stokes光和抽运光存在一定角度的非共线布里渊放大研究。然而由于在布里渊放大中声波频率因交角变化而改变，所以Stokes光、抽运光和声波场三者共线情况下频率匹配会因Stokes光与抽运光交角的出现而频率失谐，并且频率失谐量会随着交角变大而增加，从而导致非共线布里渊放大的增益下降。因此在实验中人们发现随着交角的增大布里渊放大的增益会随之下降。

发明内容

本发明为了解决现有的非共线布里渊放大技术存在因为交角造成频率失谐而导致增益下降的问题，提出一种实现非共线布里渊放大频率匹配的装置和方法。

实现非共线布里渊放大频率匹配的装置，它包括激光器1、1/2波片2、偏振片3、1/4波片4、Stokes光产生系统5、第一全反镜6、第二全反镜7、第三全反镜8和Stokes光放大系统9，激光器1发出的光入射至1/2波片2，经1/2波片2出射的光入射至偏振片3后被分成反射光s和透射光p，所述反射光s经过1/4波片4入射至Stokes光产生系统5，再由Stokes光产生系统5沿入射光路返回至1/4波片4，经过1/4波片4的透射光p’经过偏振片3透射后入射至第一全反镜6，再由第一全反镜6反射后入射至Stokes光放大系统9的一端，所述透射光p经过第二全反镜7和第三全反镜8反射后入射至Stokes光放大系统9的另一端。

实现非共线布里渊放大频率匹配的方法，它是基于实现非共线布里渊放大频率匹配的装置完成的，激光器1发出的光入射至1/2波片2，经过1/2波片2出射的光传播至偏振片3后被分成p态线偏振光p和s态线偏振光s，所述s态线偏振光s经过偏振片3反射至1/4波片4，s态线偏振光s经1/4波片4透射后变成圆偏振光o后入射至Stokes光产生系统5，与Stokes光产生系统5内的混合介质发生作用，产生具有布里渊频移的后向Stokes光，后向Stokes光沿入射的圆偏振光o的光路返回至1/4波片4，经过1/4波片4的后向Stokes光变成p态线偏振光p’，所述p态线偏振光p’经过偏振片3透射至第一全反镜6，p态线偏振光p’由第一全反镜6反射后作为种子光从Stokes光放大系统9的一个端面入射至Stokes光放大系统9的增益介质内，所述p态线偏振光p经过偏振片3透射至第二全反镜7，p态线偏振光p经过第二全反镜7和第三全反镜8反射后作为抽运光从Stokes光放大系统9的另一个端面入射至Stokes光放大系统9的增益介质内，抽运光和种子光在Stokes光放大系统9的增益介质内相交角度为θ，抽运光和种子光在Stokes光放大系统9相互作用后，抽运光实现向种子光的能量转移，放大后的输出光由抽运光的入射端面从Stokes光放大系统9输出。