[发明专利]用于高峰值功率光脉冲的光纤传输的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及通过光纤传输高峰值功率光脉冲的装置和方法。

背景技术

在许多基于激光的应用中希望通过光纤将高峰值功率光脉冲从脉冲激光源传输至终端使用装置。举例来说，美国专利6,249,630、发明名称为“Apparatus and method for delivery of dispersion-compensated ultrashort optical pulses with high peak power”和美国专利6,320,191、发明名称为“Dispersive precompensator for use in an electromagnetic radiation generation and detection system”分别披露了高功率超短脉冲和THz辐射的基于光纤的传输。

与传输连续波输出或长脉冲不同，光纤中高峰值功率脉冲的非线性相互作用可能导致脉冲质量的下降。如果所述脉冲受到不希望的非线性效应的影响，传输高峰值强度光脉冲可能会特别困难。因此，传统的观念建议要避免光纤中光脉冲的非线性相互作用。

如果平衡了自相位调制和反常色散，则光孤子可在光纤中演变，如L.F.Mollenauer,et al.,Phys.Rev.Lett.45,1095-1098(1980)中所描述的。孤子在光纤中传播，而不破坏时域中的脉冲。孤子形成的一般条件是已知的。光孤子在具有反常色散的光纤中产生，通过自相位调制和相关的非线性平衡。可适用于该孤子形成的脉冲能量满足：

E=3.11|β2|γΔτ2]]>

其中，β₂是光纤的二阶色散，Δτ是激光脉冲的FWHM，并且其中A是模面积。（参见G.P.Agrawal，Nonlinear fiber optics,3^rdEd.,Academic Press,p.151）。不过，可以看到，在传统的光纤中孤子脉冲的可用能量受限在不大于几十皮焦（pJ）。

如果激光脉冲包含较高的能量，可通过较高阶孤子压缩脉冲，导致脉冲分裂。反之，如果激光脉冲包含较少的能量或者其在传播期间衰减，孤子会最终消失。在任一情况出现脉冲失真。

因此，存在对短高峰值功率脉冲被输送至终端使用装置而没有不希望的脉冲断开效应的需求，尤其是在激光加工环境中，其中希望分离远程激光头和终端使用装置。

发明内容

至少一个实施例包括设置在脉冲源和终端使用装置之间的传输光纤中的受激拉曼(Raman)孤子（RS）产生。高峰值功率脉冲被传输至终端使用装置，而没有在从脉冲源所接收到的脉冲的形状上有显著失真。另外，传输至终端使用装置的脉冲质量可能优于受色散或其它非线性效应的脉冲的质量。

至少一个实施例提供了将高峰值功率脉冲从远程激光源传输到终端使用装置，而不要求脉冲展宽和压缩以避免非线性效应。在不同的实施例中，利用RS产生来为终端使用装置提供高质量压缩的脉冲。

如果拉曼位移被施加至脉冲，并且满足了拉曼孤子形成的条件，原始的脉冲在传播期间演变成拉曼孤子。在光纤内的进一步传播可能促成波长位移的增大，但是脉冲形状可能在可用的工作范围上大致保持。

如果光纤未掺杂，适用于传输光纤的通常范围内的信号损耗，例如100m或更小，是可忽略的。重要的是，掺杂的增益光纤对于RS光脉冲不是必要的，这对于传输光纤可能是有利的。