[发明专利]抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的系统及方法

说明书

本发明提出了一种抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的系统及方法，对高功率、窄线宽光纤激光放大器中的单频激光器输出的单频激光进行相位调制采用的相位调制信号为φ_f(t)，其中φ_f(t)＝rem(φ(t)/2π)，实现单频激光光谱的展宽，以达到抑制受激布里渊散射效应的目的。本发明相较于现有的白噪声信号调制和伪随机相位编码调制，能够实现更高效的受激布里渊散射抑制，为高功率、窄线宽光纤激光系统的进一步功率提升提供理论基础和技术支撑。

技术领域

本发明属于光纤激光技术领域，具体地涉及一种抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的系统及方法。

背景技术

高功率、窄线宽光纤激光在光束合成、激光变频、激光通信等领域具有重要应用。目前，受激布里渊散射效应是限制其功率提升的核心因素之一。受激布里渊散射作为一种典型的非线性效应，产生于光纤中信号光场，斯托克斯光场和声波场的相互耦合过程。

针对受激布里渊散射效应，目前国内外研究人员已经提出多种抑制方法，主要包括采用大模场高掺杂增益光纤、施加温度和应力梯度、声波裁剪技术、非线性相位解调技术以及相位调制技术等。其中，相位调制技术作为一种简单、高效的受激布里渊散射抑制手段，已成为千瓦级以上高功率、窄线宽光纤激光系统的首选技术方案。

针对相位调制技术而言，调制信号的选择直接与系统的功率提升能力相关。目前，广泛应用的相位调制信号有白噪声信号、正弦信号和伪随机相位编码信号。其中，白噪声信号(WNS)和伪随机相位编码信号(PRBS)是目前千瓦级以上高功率、窄线宽光纤放大器的两种主流调制方式。基于上述技术，目前已经实现了～4kW级的高功率、窄线宽光纤激光输出。

为了进一步突破受激布里渊散射效应对高功率、窄线宽光纤激光系统输出功率的限制，寻求比白噪声信号调制和伪随机相位编码调制更优的新型调制方式成为该技术领域发展的一个重要研究方向。此外，如何在保证受激布里渊散射功率阈值一致的同时尽可能压窄输出激光的线宽，提升光源的时间相干性也成为高功率、窄线宽光纤激光发展的另一个重要研究方向。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的系统及方法，其相较于现有的白噪声信号调制和伪随机相位编码调制，能够实现更高效的受激布里渊散射抑制，为高功率、窄线宽光纤激光系统的进一步功率提升提供理论基础和技术支撑。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：

抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的方法，对高功率、窄线宽光纤激光放大器中的单频激光器输出的单频激光进行相位调制，实现其光谱的展宽，以达到抑制受激布里渊散射效应的目的。受激布里渊散射效应的阈值与受激布里渊散射的增益谱成正相关；当单频激光经过相位调制信号进行光谱展宽后，受激布里渊散射效应的增益显著减小；当线宽展宽越多，对应的有效布里渊增益谱越宽，受激布里渊散射的增益越小。

作为优选方案，对单频激光进行相位调制时采用的相位调制信号φ(t)的数学形式表示为：

其中，表示状态函数，B为调制幅度，v为调制频率，n为调制信号的模式，fix表示取整函数，rem为取余函数。

在高功率、窄线宽光纤激光中，受激布里渊散射效应的阈值与受激布里渊散射的增益谱成正相关。当单频激光经过相位调制信号φ(t)进行光谱展宽后，受激布里渊散射效应的增益显著减小。当线宽展宽越多，对应的有效布里渊增益谱越宽，受激布里渊散射的增益越小。