[发明专利]多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置

说明书

技术领域

本发明属于高功率窄线宽光纤激光器、窄线宽光纤放大器领域。

背景技术

受激布里渊散射是一种在光纤内发生的非线性过程，其所需要的入射功率远低于受激拉曼散射所需要的入射功率。一旦达到布里渊散射阈值，受激布里渊散射将把绝大部分输入功率转换为反向斯托克斯波[Govind P.Agrawal，Nonlinear Fiber Optics，Third Edition，San Diego，CA：Academic]。显然，受激布里渊散射限制了光纤所能传输的最大功率。另外，受激布里渊散射如果不能得到完全抑制，将导致泵浦功率的随机变化，从而引起相应的信号噪声，降低了信号的质量。

目前，提高光纤中的受激布里渊散射阈值主要有以下几种：

1)制作光纤，使光纤中残留应力以抑制光纤中的受激布里渊散射。Jane Bilecky Clayton等人在美国专利US005851259A中在制作掺镉光纤时，通过调制光纤中拉制时所受的应力来抑制传输光纤中的受激布里渊散射。Alan Frank Evans等人在美国专利US006542683B1在制作光纤时，通过交替变更含磷和氟掺杂物的玻璃层实现纤芯具有非均匀粘度和CTE分布，从而使得光纤中剩余永久非均匀应力；在拉制光纤时，受到光纤拉丝张力以及光纤离开熔炉后经历大温度梯度和快速冷却，从而增强了非均匀应力提供的受激布里渊抑制效应。这种方法主要适合非掺稀土的单模传输光纤。

2)改变光纤中的声波频率随着光纤长度的变化而变化，实现展宽布里渊增益带宽。

改变光纤中的声波频率可通过改变芯层半径随光纤长度变化[K.Shiraki，M.Ohashi，and M.Tateda，”Suppression of stimulated Brillouin scattering in a fibre by changing the core radius，”Electron.Lett.vol.31，no.8，pp.668-669，April.1995]或改变芯层掺杂浓度随光纤长度变化[K.Tsujikawa，K.Nakajima，Y.Miyajima，and M.Ohashi，”New SBS suppression fiber with uniform chromatic dispersion to enhance four-wave mixing，”IEEE photon.Technol.Lett.，vol.10，no.8，pp.1139-1141，Aug.1998]实现。显然，这两种方法都涉及对光纤结构的重新设计，因此，无法灵活调节光纤中的声波频率，以提高光纤中的受激布里渊散射阈值。

改变光纤中的声波频率还可通过改变温度随光纤长度变化实现。Y.Imai等人在文献[”Dependence of stimulated Brillouin scattering on temperature distribution in polarization-maintaining fibers，”IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.5，no.11，pp.1335-1337，Nov.1993]中通过增大光纤盘中不同点光纤温度差，实现提高光纤受激布里渊散射阈值的目的。这种方法，无法对光纤施加力的作用，而且主要适合非掺稀土的单模传输光纤。

改变光纤中的声波频率还可通过改变压力分布随光纤长度变化实现。Joshua E.Rothenberg等人在文献[”Suppression of Stimulated Brillouin Scattering in Single-Frequency Multi-Kilowatt Fiber Amplifiers ”，Proc.of SPIE Vol.6873，687300，(2008)]及美国专利US 2007/0019918与国际专利WO2007/055754中将光纤嵌入到圆形或椭圆形的转盘里，使光纤与弹性转盘的惯性轴存在偏移，对弹性转盘施加压力，使光纤受到与惯性轴偏移位置成正比的拉伸力或压缩力。Joshua E.Rothenberg等人还指出可以将光纤嵌入到椭圆梁中，利用扭转，来对椭圆梁施加压缩力，实现同样的效果。这种方法需要将光纤嵌入到弹性转盘或椭圆梁中，而且光纤表面不能受到与横截面平行方向的任何压力，实现工艺要求高，一旦光纤嵌入后，将不能再次使用，增加了使用成本。