专利名称：光纤传输种子激光的时差泵浦受激布里渊散射装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种布里渊散射激光装置，属于光电子探测技术领域。
背景技术：
目前利用布里渊散射进行水下目标探测的技术已经得到实际的应用，在该技术发展中的一个最大挑战就是探测距离的问题，众所周知，淡水或海水的可见光窗口在532nm 附近，但是即使使用该波长的激光作为布里渊散射水下探测的激光波长，由于实际中所探测的海域或者湖泊水质不同，特别是随着近年来环境污染的加剧，目前普遍存在着各种水域水质差，水质差对于激光水下探测所带来的直接影响就是严重影响了激光的传输距离， 即使在没有污染的水域当中，由于介质水对于532nm的激光衰减系数相对来说还是一个较大的数值，特别是对于利用受激布里渊散射的散射光进行各种探测的装置来说，为了达到较长的探测距离，就需要大功率的激光器，但是大功率的激光不仅需要高昂的造价，其维护，使用在各方面所需要的费用都很高，更加不利的一个方面就是激光器的输出功率越大一般都会具有各大的体积，而大体积的激光器对于一些领域的应用来说是不可取的，因为在一些应用中，没有那么大的空间来容置大体积的激光器，而对于一些在移动目标上进行探测的装置来说，大体积显然更是不可取的。为了在不增加体积或者在增加很小体积的基础上或者更长的受激布里渊探测距离，现有技术中分别提出了各种解决方案。其中一种技术方案就是利用另外一束具有相同频率以及相同偏振态的激光对产生的回传受激布里渊散射光进行放大，也即对产生的受激布里渊散射光进行二次受激放大，以提高回传的受激布里渊散射光的光强，从而保证接收端的传感器能够接收到足够的受激布里渊散射光信号以在此基础上进行分析获得所需的探测介质信息，目前在用于放大的激光与受激布里渊散射光光路的配置上存在两种方式，一种方式是将两路光束进行交叉，另外一种方式则是将两路光束路径重合设置。附图1和附图2所显示的都属于交叉设置的情况，其中附图1中利用两个反射镜102和103将一束激光101分为两束，然后再将分开的两束激光在受激布里渊散射介质104中相交，以对产生的受激布里渊散射光进行放大，在该装置当中，由于是将一束激光束分成了两束，所以这两束激光在频率以及偏振态上是完全一样的，该装置构造简单，但是存在两个问题，一个问题是由于是将一束激光束分为了两束，所以必然导致两束激光束的能量都不是很高，第二个问题是由于是使用相交的方式，所以就导致两束光的相互作用距离非常短，导致激光束的利用不充分。附图2示出了相交设置的另外一种方式， 为了改进将一束激光束分为两束而导致每个能量都变小的问题，提出了使用两个激光器 201发出的光束借助反射镜202进行相交入射到受激布里渊散射介质203，其中每个都是一个独立的激光器，所以能量也就不会变小，为了保证两个激光器发出的激光在性质上完全相同以保证受激放大的发生，需要使用同一个种子激光分别注入到两个激光器中，这样， 该系统虽然解决了激光束能量变小的问题，但是该装置还是不能解决相互作用距离短的问题。为了解决相互作用距离短的问题，最好的方法是将两束激光束的光路进行重叠设置，在已有的光路重叠设置中如已公开的中国专利申请CN101266342A所揭示的，为了实现将两个脉冲激光束以有时差(这是产生二次受激布里渊放大所需要的)的重合到一条光路上， 该装置利用光电晶体将两束偏振状态不同的激光束进行控制，从而保证既能将两束脉冲激光以有时差的方式耦合到一条光路上，并且还能保证达到受激布里渊散射介质时具有相同的偏振态，此装置中需要同时使用偏振耦合镜以及电光晶体实现前后两束激光的偏振态控制，不仅结构复杂，同时对于电光晶体的要求很高，而且还伴随着以下问题，在这种装置中所使用的两束激光束要么是将一束激光分成两束，这样就会导致两束激光能量的变小，如果是使用两台激光器产生的两路激光束，虽然保持了能量强度没有变小，但是由于使用两台激光器则会相应的占用更多的空间，因为两台激光器显然需要占据了多一倍的空间，而空间问题在很多情况下是不能解决的或者解决起来很困难，要么就会造成成本的迅速增加。
发明内容
本发明就是为了解决上述的技术问题而提出来的，不仅可以实现两路性质相同的激光束具有时差的光路重合，而且还可以实现装置的体积没有显著变大，其中的时差是可以调节的，其时差的调节可以根据受激布里渊散射放大的最优化进行设置，当然，如果将上述装置用于其它的需要将性质相同的两路激光束进行具有时差的光路重合，那么其中的时差就根据实际的需要进行调节，也即该装置不仅可以用于受激布里渊放大的应用，同样还可以应用到类似的需要此类装置的系统中。为了解决上述的技术问题，本发明的受激布里渊散射装置包括种子激光器(1)，光纤分束器O)，光纤合束器(3)，激光放大介质，光纤时差调节装置(5)，第一激光放大介质泵浦系统(7)，第二激光放大介质泵浦系统(8)，控制器(9)，第一偏振保持光纤(11)，第二偏振保持光纤(12)，控制线(12，13，14)。种子激光器(1)发出种子激光，该种子激光经过偏振保持光纤传输到光纤分束器 2，然后分成两束，该两束激光分别进入到与光纤分束器2连接的第一偏振保持光纤10和第二偏振保持光纤11，该两根偏振保持光纤用于将传入到各自的激光束以偏振保持的方式传输到光纤合束器3，光纤合束器3与第一偏振保持光纤10和第二偏振保持光纤11的尾端都连接，也即光纤合束器3与第一偏振保持光纤和第二偏振保持光纤的另外一端都连接，并且在第二偏振保持光纤11的中间设置有光纤时差调节装置5，该装置5用于调节第一偏振保持光纤10和第二偏振保持光纤11内的激光束到达光纤合束器3的时间差，上述的两路激光束在射出光纤合束器3之后射入到激光放大介质4内，经过放大后的激光束则入射到受激布里渊散射介质用于产生放大的受激布里渊散射。其中激光放大介质4具有独立的第一泵浦系统7和第二泵浦系统8，使用控制器9对于这两个光泵浦系统进行控制以控制两个泵浦系统的泵浦时间，其中两个光泵浦系统的泵浦时间差等于第一偏振保持光纤10和第二偏振保持光纤11内的激光束到达光纤合束器3的时间差。
附图1是现有技术中将一束激光束分成两束后在受激布里渊散射介质内交叉设置的系统；附图2是现有技术中将两束性质相同的由两台激光器发出的激光束在受激布里渊散射介质内交叉设置的系统；
附图3是本发明中受激布里渊散射装置的第一实施例。附图4是本发明中受激布里渊散射装置的第二实施例。在附图3中，1表示种子激光器，2表示光纤分束器，3表示光纤合束器，4表示激光放大介质，5表示光纤时差调节装置，7和8是两个独立的激光放大介质泵浦系统，9是控制器，10和11是偏振保持光纤，12，13和14是连接控制器与泵浦系统以及时差调节装置的控制线。
具体实施例方式下面根据附图3来说明本发明的第一实施例。种子激光器1发出种子激光，种子激光经过偏振保持光纤传输之后进入到光纤分束器2，然后分成两束，分别进入到与光纤分束器连接的偏振保持光纤10和11，在偏正保持光纤11的中间设置有光纤时差调节装置5， 偏振保持光纤10和11的尾端都连接到光纤合束器3，激光束在经过偏振保持光纤以及光纤合束器3之后入射到激光放大介质4，其中的激光放大介质4具有两个独立的光泵浦系统7 和8，控制器9与光纤时差调节装置5之间使用控制线进行连接，控制器9与两个独立的光泵浦系统7和8之间分别使用控制线进行连接。其中的光纤时差调节装置可以采用可调节的光纤延迟器件等。种子激光器1发出种子激光，该种子激光经过偏振保持光纤传输到光纤分束器2， 然后分成两束，该两束激光分别进入到与光纤分束器2连接的偏振保持光纤10和11，该两根偏振保持光纤用于将传入到各自的激光束以偏振保持的方式传输到光纤合束器3，光纤合束器3与偏振保持光纤10和11的尾端都连接，并且在偏振保持光纤11的中间设置有光纤时差调节装置，该装置用于调节偏振保持光纤10和偏振保持光纤11内的激光束到达光纤合束器3的时间差，上述的两路激光束在射出光纤合束器3之后射入到激光放大介质 4内，以被激光放大介质放大，经过放大后的激光束则入射到受激布里渊散射介质(附图中未示出)用于产生放大的受激布里渊散射。其中激光放大介质4具有两个独立的光泵浦系统7和8，使用控制器9对于这两个光泵浦系统进行控制以控制两个泵浦系统的泵浦时间， 控制器9同时控制着光纤时差调节装置，用于调节偏振保持光纤10和偏振保持光纤11内的激光束到达光纤合束器3的时间差，其中两个光泵浦系统的泵浦时间差等于偏振保持光纤10和偏振保持光纤11内的激光束到达光纤合束器3的时间差。在使用过程中，首先通过激光放大介质的第一种子激光束被第一泵浦系统发出的泵浦光进行泵浦放大，得到放大后的激光束，此激光束入射到受激布里渊散射介质中用于产生受激布里渊散射的发生，由于控制器将第一泵浦系统和第二泵浦系统的泵浦时间差设置为等于第一种子激光束和第二种子激光束到达光纤合束器的时间差，所以经过光纤时差调节装置的第二束种子激光束在通过激光放大介质时，该第二束种子激光束就会被第二泵浦系统发出的泵浦光泵浦而被放大，该放大的后的激光束入射到受激布里渊散射介质，以对第一束放大后的激光所产生的受激布里渊信号光进行放大。进行这样的设置以后就可以实现在一个激光器内实现具有时间差的前后性质完全相同的两束激光，从而可以实现放大的受激布里渊散射，在该系统中，前后两束激光的光路是完全重合的，这样就保证具有了最大的受激布里渊相互距离，同时只需要一台激光器就可实现，不仅没有减小每一束激光的能量，还达到了没有增加体积的目的。
对于一种特定的应用来说，比如受激布里渊散射，控制器9可以不需要对光纤时差调节装置5进行控制，可以采用预先将时差调节装置5的时差进行设定，然后只需要使用控制器9对两个独立的泵浦系统进行控制，此时只需要将两个泵浦系统之间的泵浦时间差设置为等于偏振保持光纤10和偏振保持光纤11内的激光束到达光纤合束器3的时间差即可。下面结合附图4来说明书本发明的第二实施例，在该实施例中，激光放大介质包含有两个激光放大介质4和4’，其中每一个放大介质具有一个泵浦系统，，每个泵浦系统还都是由控制器9所控制，其中两个泵浦系统对于各自对应的激光放大介质的泵浦时间差等于两束种子激光到达光纤合束器3的时间差。对于第一实施例和第二实施例，激光放大介质均可以设置多级，以提供更大能量的激光输出，其中在附图3所示的实施例中，如果是包含多个串联的激光放大介质4，则每一个激光放大介质均具有与激光放大介质4相同的构造，即每个放大介质均具有由控制器控制的两个独立的泵浦系统，其中两个泵浦系统的泵浦时间差等于第一种子激光束和第二种子激光束到达光纤合束器3的时间差。对于附图4所示的第二实施例，也可以包括多级激光放大介质，将第一激光放大介质4和第二激光放大介质4’组合在一起认为是一个总的泵浦装置，则该实施例中可以包括多个串联的总的泵浦装置，其中每一个总的泵浦装置均具有相同的构造，也即每一个总的泵浦装置内的两个泵浦系统的泵浦时间差等于第一种子激光束和第二种子激光束到达光纤合束器3的时间差。
权利要求
1.一种受激布里渊散射发生装置，包括种子激光器(1)，光纤分束器O)，光纤合束器 (3)，激光放大介质G)，光纤时差调节装置(5)，第一激光放大介质泵浦系统(7)，第二激光放大介质泵浦系统(8)，控制器(9)，第一偏振保持光纤(11)，第二偏振保持光纤(12)，控制线(12，13，14)；种子激光器(1)发出种子激光，该种子激光经过第三偏振保持光纤传输到光纤分束器 O)，然后分成两束，该两束种子激光分别进入到与光纤分束器( 连接的第一偏振保持光纤(10)和第二偏振保持光纤(11)，该两根偏振保持光纤用于将传入到各自的种子激光束以偏振保持的方式传输到光纤合束器(3)，第一偏振保持光纤(10)的尾端和第二偏振保持光纤(11)的另外一端都与光纤合束器C3)连接，并且在第二偏振保持光纤(11)的中间设置有光纤时差调节装置(5)，该光纤时差调节装置( 用于调节第一偏振保持光纤(10)和第二偏振保持光纤(11)内的种子激光束到达光纤合束器C3)的时间差，上述的两路种子激光束在射出光纤合束器C3)之后射入到激光放大介质内，经过放大后的激光束则入射到受激布里渊散射介质用于产生放大的受激布里渊散射，其中激光放大介质(4)具有两个独立泵浦系统——第一泵浦系统(7)和第二泵浦系统(8)，使用控制器(9)对这两个泵浦系统进行控制以控制两个泵浦系统的泵浦时间差，其中所述两个泵浦系统的泵浦时间差等于第一偏振保持光纤(10)和第二偏振保持光纤(11)内的种子激光束到达光纤合束器(3)的时间差。
2.如权利要求1所述受激布里渊散射发生装置，其中控制器(9)还控制着光纤时差调节装置( ，以调节第一偏振保持光纤(10)和第二偏振保持光纤(11)内的激光束到达光纤合束器(3)的时间差。
3.根据权利要求1或2所述的受激布里渊散射发生装置，其中的激光放大介质包括两个，第一泵浦系统和第二泵浦分别用于泵浦其中一个激光放大介质。
4.根据权利要求1或2所述的受激布里渊散射发生装置，其中的激光放大介质包括多级串联结构。
5.根据权利要求1或2所述的受激布里渊发生装置，其中光纤时差调节装置的延迟时间根据受激布里渊散射光的最大化进行调节。
6.一种产生受激布里渊散射发生方法，种子激光器(1)发出种子激光，该种子激光经过第三偏振保持光纤传输到光纤分束器O)，然后分成两束，该两束激光分别进入到与光纤分束器( 连接的第一偏振保持光纤(10)和第二偏振保持光纤(11)，该两根偏振保持光纤用于将传入到各自的种子激光束以偏振保持的方式传输到光纤合束器C3)，利用光纤时差调节装置( 调节第一偏振保持光纤(10)和第二偏振保持光纤(11)内的激光束到达光纤合束器(3)的时间差，上述的两路种子激光束在射出光纤合束器C3)之后射入到激光放大介质内，经过放大后的激光束则入射到受激布里渊散射介质用于产生放大的受激布里渊散射，其中激光放大介质(4)具有两个独立的泵浦系统——第一泵浦系统(7)和第二泵浦系统(8)，使用控制器(9)对所述两个泵浦系统进行控制以控制两个泵浦系统的泵浦时间差，其中所述两个泵浦系统的泵浦时间差等于第一偏振保持光纤(10)和第二偏振保持光纤(11)内的种子激光束到达光纤合束器(3)的时间差。
7.如权利要求6所述的受激布里渊散射发生方法，其中控制器(9)还控制着光纤时差调节装置( ，以调节第一偏振保持光纤(10)和第二偏振保持光纤(11)内的种子激光束到达光纤合束器(3)的时间差。
8.根据权利要求6或7所述的受激布里渊散射发生方法，其中的激光放大介质包括两个，第一泵浦系统和第二泵浦分别用于泵浦其中一个激光放大介质。
9.根据权利要求6或7所述的受激布里渊散射发生方法，其中的激光放大介质包括多级串联结构。
10.根据权利要求6或7所述的受激布里渊散射发生方法，其中光路延迟调节装置的延迟时间根据受激布里渊散射光的最大化进行调节。
全文摘要
一种产生受激布里渊散射的系统及方法，种子激光器(1)发出种子激光，该种子激光经过偏振保持光纤传输到光纤分束器2，然后分成两束，该两束激光分别进入到与光纤分束器2连接的第一偏振保持光纤10和第二偏振保持光纤11，该两根偏振保持光纤用于将传入到各自的激光束以偏振保持的方式传输到光纤合束器3，利用光纤时差调节装置5调节第一偏振保持光纤10和第二偏振保持光纤11内的激光束到达光纤合束器3的时间差，其中激光放大介质的两个光泵浦系统的泵浦时间差等于第一偏振保持光纤10和第二偏振保持光纤11内的激光束到达光纤合束器3的时间差。
文档编号H01S3/30GK102299476SQ20111019309
公开日2011年12月28日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者何兴道, 刘娟, 史久林, 李淑静, 汤宜军, 陈学岗 申请人:南昌航空大学