一種抑制大功率單頻光纖激光器中受激布里淵散射的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到用于抑制大功率單頻光纖激光器中受激布里淵散射的裝置，屬于大功率光纖激光器、單頻光纖激光器等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率單頻光纖激光器在激光指示與測距、多普勒激光測速雷達、光纖傳感、光譜學、非線性頻率轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用前景，發(fā)展十分迅猛。大功率單頻光纖激光器多采用種子源主振蕩功率放大(ΜΟΡΑ)結(jié)構(gòu)，由于其有源雙包層光纖相對有限的纖芯尺寸和較長的作用長度，以及種子源激光器的線寬很窄，致使其輸出功率的進一步提升主要受到非線性效應(yīng)——受激布里淵散射的限制，輸出功率被局限在500 W左右(Opt.Express,2007， 15(25): 17044-17050)。
[0003]受激布里淵散射是入射栗浦光經(jīng)過光纖被分子振動調(diào)制導(dǎo)致的，具有增益和閾值特征。一旦達到布里淵散射閾值，受激布里淵散射將絕大部分信號功率轉(zhuǎn)換為反向斯托克斯光。因此，受激布里淵散射極大地限制了單頻光纖激光輸出功率的提升。
[0004]目前，抑制單頻光纖激光器中受激布里淵散射的主要方法有:
(1)增大有源雙包層光纖的模場面積(大芯徑)和進一步提高其摻雜稀土離子濃度，不僅可降低信號激光的功率密度，而且縮短了光纖的使用長度。即使用短長度(典型長度:1~3米)高增益大模場面積光纖(Laser Phys.Lett., 2012, 9(8): 591-595)。但是該方法不僅涉及到對有源雙包層光纖結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，其工藝復(fù)雜；而且降低了光纖的柔韌性、靈活性、散熱能力(比表面積下降)。
[0005](2)使用多波長單頻種子源激光器，信號激光功率將分布在多個頻率成分上，致使每個頻率成分的譜功率密度降低(Laser Phys.Lett., 2012, 9(7): 532-536)。但是該方法涉及到多個種子源激光器，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，控制較困難。
[0006](3)使用特殊結(jié)構(gòu)的光纖(美國專利:US005851259A、US006542683B1)，但是該方法也涉及到對光纖結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計，其工藝較復(fù)雜；而且僅僅適合于非摻雜稀土離子的單模光纖，很難同時兼顧和解決有源雙包層光纖中的熱效應(yīng)、模式控制、受激布里淵散射等多個問題。
[0007](4)在沿有源雙包層光纖軸向施加溫度或應(yīng)力分布等(Opt.Express, 2007，15(25): 17044-17050、Opt.Express, 2013, 21(5): 5456-5462)，以降低受激布里淵散射的有效增益系數(shù)，進而抑制受激布里淵散射。但是僅僅通過沿光纖自身軸向熱量分布的不均勻性來實現(xiàn)，沒有給出具體應(yīng)力分布的實現(xiàn)手段。此外，中國專利:201010104948.3對長度為50 m的單模光纖同時施加溫度梯度和縱向壓力、張力，以實現(xiàn)對受激布里淵散射的抑制。中國專利:200910238723.4給出了用于光纖光柵或光纖受激布里淵散射的多維調(diào)節(jié)裝置。但是這些裝置工藝復(fù)雜、控制較困難、成本較高，且多適用于非摻雜稀土離子的單模光纖，不適合有源雙包層光纖的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是:提供一種抑制大功率單頻光纖激光器中受激布里淵散射的裝置，所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有裝置工藝較復(fù)雜、控制較困難等缺點。通過利用有源雙包層光纖緊密盤繞(纏繞彎曲)于金屬錐形環(huán)側(cè)面的方式，不僅可以形成應(yīng)力梯度，而且可以進行散熱和濾除光纖中存在的高階模式(在相同情況下，高階模式較基橫模對于纏繞彎曲更為敏感)。再者，基于壓電效應(yīng)，利用PZT壓電陶瓷隨加載不同電壓值以及上下非對稱的位置結(jié)構(gòu)，對金屬錐形環(huán)施加不同的側(cè)向應(yīng)力，進一步對盤繞于金屬錐形環(huán)側(cè)面的有源雙包層光纖造成不同的應(yīng)力分布，繼而提高激光系統(tǒng)的受激布里淵散射閾值，有效地抑制大功率單頻光纖激光器中產(chǎn)生的受激布里淵散射效應(yīng)。最終可以實現(xiàn)大功率、近衍射光束質(zhì)量、穩(wěn)定的單頻光纖激光輸出。
[0009]本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案如下:
一種抑制大功率單頻光纖激光器中受激布里淵散射的裝置，包括上PZT壓電陶瓷、水冷管道、上凹槽、金屬錐形環(huán)、螺紋槽、下凹槽和下PZT壓電陶瓷；所述的金屬錐形環(huán)上、下底面各開有一個凹槽即所述上凹槽和下凹槽，上凹槽和下凹槽分別相應(yīng)用于嵌入和固定上PZT壓電陶瓷、下PZT壓電陶瓷；所述的金屬錐形環(huán)的側(cè)面自上而下刻有所述螺紋槽，用于盤繞有源雙包層光纖，以便產(chǎn)生應(yīng)力梯度、散熱和進行模式控制；所述的金屬錐形環(huán)的內(nèi)環(huán)通孔作為水冷管道，該水冷管道連接到具有恒溫功能的冷水機上進行溫度控制。
[0010]進一步地，所述的金屬錐形環(huán)由導(dǎo)熱性能良好的銅或鋁制作而成；其形狀即為圓臺中間開一通孔形成的錐形環(huán)狀。
[0011]進一步地，所述的金屬錐形環(huán)內(nèi)環(huán)、上外環(huán)、下外環(huán)的直徑為1~50 cm，高度為1~50cm ;其具體尺寸根據(jù)有源雙包層光纖的纏繞程度來決定，即濾除有源雙包層光纖中高階模式的程度；所述的上PZT壓電陶瓷和下PZT壓電陶瓷的形狀為環(huán)形、錐形或圓柱形，兩者的內(nèi)徑為1~15 cm，外徑為2~30 cm，高度為1~15 cm所述的金屬錐形環(huán)為導(dǎo)熱性能良好的銅或鋁構(gòu)成；其形狀為圓臺中間開孔，形成的錐形環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
[0012]所述的上、下凹槽的形狀均為環(huán)形，其內(nèi)徑一般為1~15 cm，外徑一般為2~35 cm,凹槽深度一般為1~15 cm。
[0013]所述的上、下PZT壓電陶瓷分別嵌于上、下凹槽里面，并且用光學膠緊緊固定。對上、下PZT壓電陶瓷施加不同的交流偏置電壓信號，利用壓電效應(yīng)可以對金屬錐形環(huán)產(chǎn)生不同的側(cè)向應(yīng)力。
[0014]所述的交流偏置電壓信號為矩形、三角形、正弦等波形。
[0015]所述的水冷管道為金屬錐形環(huán)的內(nèi)環(huán)(通孔)所構(gòu)成，該水冷管道連接到具有恒溫功能的冷水機上，可以控制金屬錐形環(huán)的溫度范圍為10~70 °C。
[0016]所述的螺紋槽為金屬錐形環(huán)的側(cè)面自上而下刻出，其為單道內(nèi)螺紋，其形狀為矩形或梯形；螺紋寬度一般為50~2000 Mm，螺紋深度一般為50~5000 Mm。用于盤繞大功率單頻光纖激光器中的雙包層光纖，以便形成應(yīng)力梯度分布、進行散熱和模式控制。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果:
將所述大功率單頻光纖激光器中的有源雙包層光纖沿金屬錐形環(huán)的側(cè)面，自上而下緊密盤繞于螺紋槽里面。首先，非對稱的光纖纏繞彎曲方式可以產(chǎn)生應(yīng)力梯度分布；其次，有限的纏繞半徑可以濾除一般有源雙包層光纖中存在的高階模式，基橫模不受影響，即對輸出激光光束的模式進行限制以提高光束質(zhì)量，以獲得近衍射極限光束輸出；再次，有源雙包層光纖緊貼金屬錐形環(huán)的側(cè)面，可以有效地帶走光纖中由于量子虧損而產(chǎn)生的熱量，即進行熱耗散，再經(jīng)水冷管道進一步進行散熱，保障單頻光纖激光的大功率、高穩(wěn)定性地運行。此外，金屬錐形環(huán)的上、下底面分別安裝有上、下PZT壓電陶瓷，PZT壓電陶瓷利用壓電效應(yīng)，對金屬錐形環(huán)施加不同的側(cè)向應(yīng)力，因而對其螺紋槽里面的有源雙包層光纖造成不同的應(yīng)力分布，這些應(yīng)力梯度變化可以擴展(展寬)光纖中受激布里淵散射的增益帶寬，進而有效地抑制大功率單頻光纖激光器中產(chǎn)生的受激布里淵散射效應(yīng)，最終實現(xiàn)大功率、高光束質(zhì)量、高穩(wěn)定性的單頻光纖激光輸出。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、簡單易行，且控制操作較容易。
【附圖說明】
[0018]
圖1為PZT壓電陶瓷的三種不同形狀示意圖。
[0019]圖2為抑制大功率單