双包层掺铥光纤放大器中的受激布里渊散射

理论分析了波长为2μm的掺铥光纤放大器中受激布里渊散射(SBS)对激光输出性能的影响,研究了双包层掺铥光纤在793 nm的泵浦波长和1.9~2.1μm的激光工作波段的光模分布、有效折射率、有效模场面积和归一化频率,数值计算了在1.9~2.1μm的激光工作波段双包层掺铥光纤中的布里渊频移和布里渊增益谱等SBS特性。利用增益光纤中的受激布里渊散射理论模型,研究了受激布里渊散射对掺铥光纤放大器激光输出性能的影响。在DTDF-10/130双包层掺铥光纤中,使用功率为100 W、波长为793 nm的连续光作为泵浦,可对波长为2μm、功率为0.01 W的连续信号光进行放大。当泵浦光功率填充因子为0.01、0.02和0.03时,信号光的最大输出功率分别为25.27 W、31.08 W和34.06 W。对应的最佳双包层光纤长度为2.66 m、2.02 m和1.75 m,由受激布里渊散射产生的斯托克斯光功率分别为1.68 W、1.39 W和1.14 W。结果表明,在掺铥光纤放大器中使用泵浦光功率填充因子大的双包层光纤可以降低光纤长度,从而减小受激布里渊散射对信号激光输出功率的影响。本文的数值模型可以对光纤放大器的光纤长度进行优化,对提高实验效率、降低实验成本具有重要价值。

利用局部受激散射提升布里渊光时域反射系统性能

分布式光纤传感技术在工程领域中逐渐得到大规模应用,为了简化传感解调模式以提高光纤监测方案的工程便捷性和可行性,在降低光纤监测成本的同时提高监测的精度和准确性,提出了一种基于局部受激散射的布里渊光时域反射系统。在采取光纤单端探测以满足工程便捷使用要求的基础上,利用连续泵浦光的自发布里渊散射与系统中的探测脉冲光作用,通过自发布里渊散射系统中产生的局部受激布里渊散射模式,来提升布里渊光时域反射仪的传感距离和测温精度。通过此方法,可使原低成本布里渊光纤传感系统在使用宽度为100 ns的常用探测光脉冲基础上,将2.7 km测温光缆的末端测温精度提升至±1.27℃,提升了283%,改善了系统的测温精度和传感距离,且该结构不额外增加运算时间及其他冗余光电器件。与传统相干探测结构相比,该系统为改善低成本建筑工地专用布里渊光时域反射仪的性能提供了一种途径,尽量满足当前阶段建筑工程领域对超低成本分布式光纤解调仪的应用需求。

熔融石英中实现高效率的百毫焦受激布里渊散射

固体布里渊增益介质是目前实现高稳定、高重复频率受激布里渊散射(SBS)的重要光学元件,能够产生高光束质量的相位共轭光。然而,不同于被广泛研究的液体布里渊增益介质,目前针对固体布里渊增益介质如何产生高效率高能量的SBS尚无成熟的研究。近日,笔者团队以块状熔融石英作为布里渊增益介质,在高强度纳秒激光脉冲泵浦下,围绕熔融石英中的SBS能量转换效率和损伤阈值与泵浦光纵模的关系开展了研究,实现了最高单脉冲能量183.1 mJ、反射率为81.0%、斜效率高达85.8%的相位共轭光输出。该研究结果对于实现高功率全固态的SBS相位共轭镜,进而提升脉冲激光器的输出功率水平、获得高稳定高效率的SBS运转具有重要的指导意义。

双谐激光场作用下SBS过程诱导的光学材料破坏

提出了光学 力学相干耦合的概念,采用非线性光学的耦合波理论,建立了高功率激光辐照下透明光学材料中相干声波的产生、演化的动力学模型。探讨了在泵浦激光场和Stokes激光场共同作用下受激布里渊过程对光学材料破坏的可能性,计算了稳态情况下激光场在材料内部激发出的应力幅度,结合弹性力学,建立了透明光学材料的相干破坏阈值理论,研究了破坏阈值与Stokes光强的关系,发现在稳态下破坏阈值对Stokes光强并不敏感。分析了在实际情况下一些因素对材料破坏的影响。

大气的布里渊散射特性研究

建立了大气布里渊散射光频移的数学模型 ,分析计算了温度、水汽压、大气压力等大气参量对布里渊散射特性的影响。结果表明 ,布里渊散射光频移受大气压、水汽压的影响很小 ,而受大气温度的影响很大。这些结果对大气中隐形目标的探测技术具有重要的参考意义。

基于Brillouin散射的分布式光纤拉伸应变传感器的理论分析

分布式光纤拉伸应变传感器具有非常重要的应用前景。本文中着重从理论上分析讨论了光纤拉伸应变与由此引起的Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ散射光相对于入射光频移量的变化关系。计算结果表明：其理论和实验数据基本吻合。

高功率激光系统的低阶鬼点位置公式

在近轴条件下 ,采用矩阵光学 ,推导出了光束传输过程中单个凸透镜、凹透镜以及 4F系统产生的低阶鬼点的位置公式 ,并分析其分布规律。

介质参数对受激布里渊散射脉宽压缩的影响

利用KrF激光和SF6介质从理论和实验上研究了声子寿命和增益系数等介质参数对SBS脉宽压缩比和能量反射率的影响。理论上采用一维瞬态模型对SBS过程进行数值模拟 ,考虑了瞬态过程、介质吸收以及泵浦耗空的影响 ,计算了SBS介质不同参数对脉冲压缩影响的规律。实验表明 ,在实验参数的变化范围内声子寿命越短、增益系数越小 ,越有利于脉宽压缩。在 0 .6 8MPa下 ,脉宽压缩比达到 8。数值模拟了声子寿命和介质增益系数单独变化时对SBS过程影响的规律 ,发现在声子寿命和增益系数同时变化时 。

SBS新介质C_4Cl_6参数确定及性能研究

从介质对光的吸收机理出发,研究了吸收系数较小的受激布里渊散射(SBS)新介质六氯-1,3-丁二烯(C4Cl6)。通过基本的物理参数,确定了入射光波长为1 064 nm时C4Cl6的SBS参数,其吸收系数约为0.003 cm-1,声子寿命约为0.25 ns,增益系数约为4.9 cm.GW-1。分析了入射光波长与介质SBS参数的关系,布里渊频移与入射光波长成反比,声子寿命与入射光波长的平方成正比,增益系数一般与入射光波长无关。在单池SBS系统中,利用Nd:YAG调Q激光器研究了C4Cl6的SBS性能。实验结果表明:由于其吸收系数小,与具有相同增益系数的H2O比较,C4Cl6具有较高的能量反射率(饱和能量反射率大于55%)和较宽的SBS脉宽;由于其声子寿命短,与具有相同吸收系数的CS2比较,C4Cl6的SBS波形上升时间较短。吸收系数小和声子寿命短的特点,使C4Cl6适合作为放大池介质,这对优化SBS介质选取,提高SBS系统性能具有一定意义。

介质参数对受激布里渊散射特性的影响

采用一维瞬态模型对受激布里渊散射(SBS)过程进行了数值模拟,研究了介质参数对SBS特性 的影响规律;选取FC 72、FC 75、CCl4、CS2、丙酮、苯以及CCl4/乙醇的混合溶液等作为散射介质,在Nd∶YAG 调Q激光系统下进行了实验研究,比较了各种介质所产生的SBS脉宽、能量反射率和波形之间的差异,由此讨 论了介质参数对SBS特性的影响。结果表明,介质增益系数越大,吸收系数越小,SBS能量反射率就越大;吸收 系数越大,产生的SBS脉宽就越窄;声子寿命越短,SBS波形前沿就越陡,并且越容易出现调制现象。

布里渊分布式传感的空间分辨率及标定方法

针对基于布里渊散射原理的分布式光纤传感技术的重要参数之一——空间分辨率,通过分析定荷拉伸试验的结果,对比2种不同空间分辨率下实测的定点拉伸光纤的应变分布,说明了空间分辨率对测量结果的影响,探讨标定空间分辨率的10%～90%温度台阶法和温度热点法及其适用性.提出异种光纤串法,即将2种不同峰值频率的光纤、按不同长度交替熔接而成的光纤串,通过分析光纤串的测量结果对空间分辨率进行标定.试验表明,与温度台阶法和温度热点法相比,异种光纤串法具有准确、客观、测试结果的可对比性强等特点.

克尔介质中双模光场与耦合二能级原子相互作用系统光场的压缩特性

研究了存在克尔介质时,双模压缩真空场与耦合二能级原子相互作用系统中光场的压缩性质,讨论了克尔介质与光场的耦合强度对光场压缩特性的影响。

受限分散体系中粒子扩散特性的研究

当微小粒子被限制在两个距离很近的平行平面之间时,其扩散将不同于它在无限空间中的自由扩散.利用光镊和CCD图像相关处理系统,直接测量了直径1μm的聚苯乙烯小球在不同高度,一定时间间隔内,沿着平行玻片表面方向上布朗运动的距离,并由此得到了样品池上下两个平行表面对分散体系分散相小球扩散特性的影响.还利用小球偏离物镜焦平面不同距离时的成像状况,用相关运算法确定了小球在纵向上的位置,实现了小球扩散特性与小球在样品池中的纵向位置的关系的研究.

受激布里渊散射相位共轭激光组束规律

提出了一种新的 SBS激光组束的方法。此方法中 ,一束按时间分布的激光脉冲序列作为泵浦光从 SBS放大池的一端入射 ,另一束 Stokes频移种子光从 SBS池的另一端入射 ,Stokes种子光在 SBS池的相互作用区提取泵浦光能量。研究了组束效率和输出脉宽随脉冲串个数、间隔和泵浦功率密度等的变化规律。

少模光纤的不同模式布里渊散射特性

少模光纤可以传输有限的正交模式,具有模间干涉小、模式易于控制等优点.基于少模光纤的布里渊散射传感器能够有效地减小多参量测量过程中的交叉敏感,实现多物理量的测量.本文基于波动光学理论对阶跃型少模光纤各个模式布里渊散射谱的频移、线宽、峰值增益等参数进行了分析.首先对少模光纤进行了模式分析,其次分析了少模光纤不同模式的频移、线宽、增益的数学模型,以及不同模式叠加的布里渊散射谱频移、线宽、增益.结果表明:少模光纤各模式布里渊散射谱的频移在10.19—10.23 GHz范围内,且随模式阶数的减小而增加;各模式布里渊散射谱的线宽在32—34 MHz,且随模式阶数的减小而增加;各模式布里渊散射增益谱相对幅度因为模式阶数的减小而增大.少模光纤中各个模式布里渊增益谱和多模式联运布里渊增益谱均符合洛伦兹曲线分布,多模式联运导致布里渊增益谱线宽展宽,且多模式联运布里渊增益谱相对振幅一般小于单个模式的布里渊相对振幅.

布里渊增强四波混频研究的进展

当一个布里渊频移的信号在布里渊激活介质中与两束相反方向传播的强泵浦光相互作用时 ,将产生一个随时间指数增长的共轭场 ,直到它抽空泵浦场 ,并且由此产生很高的反射率 (大于 1 0 6)。这项技术可用于共轭微弱信号 (小于 1 0 - 13 J) ,或者可以用于把大部分泵浦能量转移到共轭光 ,对此技术作了回顾。

单频脉冲光纤放大器中的SBS效应实验研究

为了研究受激布里渊散射(SBS)效应对单频脉冲光纤激光放大器中脉冲波形的影响,搭建了单频脉冲光纤激光放大器系统。实验中观测到脉冲波形的畸变,继续提高功率,畸变处出现峰值功率极高的尖峰,分析认为,光纤中的二次受激布里渊散射导致了尖峰脉冲出现。为验证这一结论,构造包含二阶Stokes波的耦合方程组,进行了模拟仿真。结果表明,该峰值功率极高的尖峰正是SBS效应的二阶Stokes波。

布里渊光纤环形激光器及其应用

综述了布里渊光纤环形激光器的研究进展 ,指出布里渊光纤环形激光器具有线宽窄、频率稳定、增益方向敏感等优点。介绍了布里渊光纤环形激光器在布里渊光纤陀螺中的应用及其发展前景。

水中受激拉曼散射的能量增强及受激布里渊散射的光学抑制

为提高液体介质中受激拉曼散射的输出能量,提出了通过温度调控来抑制受激布里渊散射的方法,设计了532 nm多纵模宽带脉冲激光泵浦的受激拉曼散射发生系统,测量了不同温度下水中前向受激拉曼散射及后向受激布里渊散射的输出能量,分析了水温、泵浦激光线宽及热散焦效应对受激拉曼散射输出能量影响的物理机制.实验结果表明:通过降低水温可实现对受激布里渊散射过程的有效抑制,同时减小热散焦效应带来的光束畸变,从而有效提高受激拉曼散射的输出能量.研究结果对液体介质中的受激拉曼散射多波长转换具有重要意义.

一种测量超窄激光线宽的新方法

提出使用布里渊光纤环形激光器产生的二阶Stokes光作为参考光测量超窄激光线宽的新方法.分析了布里渊光纤环形激光器的一阶和二阶Stokes光的线宽压缩特性,指出输出的二阶Stokes光线宽可以压缩到亚Hz量级.理论上分析了使用零线宽参考光的拍频法测量激光线宽的特点,结果表明参考激光为理想零线宽时,拍频频谱与待测激光频谱线型形状完全相同.最后指出该方法可以有效测量<100kHz的激光线宽,并且具有装置简单、测量精度高和测量波段宽的优点.