一种基于环形芯光纤的光束自清洁实现方法及装置

本技术涉及光通信，具体涉及一种基于环形芯光纤的光束自清洁实现方法及装置。另外，还涉及一种环形芯光纤、电子设备及处理器可读存储介质。

背景技术：

1、单模光纤为研究各种非线性现象提供了十分便利的环境，并构成了光通信系统和锁模激光器等技术的基础。过去几十年来，单模光纤中光的传播已经得到了广泛的研究。随着通信系统和短脉冲激光的性能逐渐接近极限，为了克服当前单模光纤系统的容量短缺，多模光纤正在重新受到关注。光束在多模光纤中传播会受到复杂的时空相互作用。多模光纤可以提供各种解决方案，以推动通信、高功率光纤激光器和计量领域对光的控制和操作发展新的突破技术。在基础物理学中，多模光纤是揭示新的非线性现象的天然工具。多模光纤中复杂非线性现象的研究已取得很多进展，例如，多模孤子，几何调制不稳定性，时空锁模，超宽超连续谱产生等。

2、在多模光纤中传输光线时，光会经历固有的随机性，高空间质量的输入激光束会渐渐变成不规则的颗粒状结构，称为散斑。此外，光纤的应力或弯曲，以及光纤拉制的技术不规则性会耦合不同的导模，同样会引起光的传输特性的随机性。因此，控制多模光纤中光传播的技术引起了广泛的研究兴趣。特定的信号处理算法可以通过控制多模光纤的输入场来预测或管理其输出的光束形状，特别是，多输入多输出(mimo)数字信号处理技术的应用使得基于多模光纤的空分多路复用成为可能。波前整形也是一种广泛使用的方法，其通常依赖介质的线性特性或反馈机制来优化波前，这种方法非常灵活，但目前在特定的应用中还不太理想，因为它需要复杂、缓慢的测量，灵敏的调整以及复杂的自适应光学。此外，尽管基于反馈机制的波前整形方案可以容纳非线性，但基于介质特性的方案通常不适用于像超快激光这种非线性效应频率显著的应用。尤其是对于高功率光束传输的应用，现有技术中，多模光纤中空间光束质量的自发恢复可以通过非线性耗散过程如受激拉曼散射和受激布里渊散射来实现，但是这些技术并不能实现输入激光束的自清洁，导致环形芯光纤输出光斑的空间质量较差。

技术实现思路

1、为此，本技术提供一种基于环形芯光纤的光束自清洁实现方法及装置，以解决现有技术中存在的光束处理方案局限性较高，从而导致环形芯光纤输出光斑的空间质量较差的缺陷。

2、第一方面，本技术提供一种基于环形芯光纤的光束自清洁实现方法，包括：获得信号光源的运行属性参数，基于所述运行属性参数生成所需的初始脉冲信号；其中，所述运行属性参数包括所述信号光源的脉冲持续时间、所述信号光源的输入峰值功率和所述信号光源的脉冲能量；

3、将所述初始脉冲信号输入到预设的目标环形芯光纤中，并通过调节所述信号光源的输入峰值功率和脉冲能量对所述初始脉冲信号在所述目标环形芯光纤中的非线性效应进行分析，以激发产生克尔光束自清洁效应对传播过程中的光束进行整形，生成所述克尔光束自清洁效应下的环形光斑；其中，所述目标环形芯光纤是基于预设的结构参数进行构建得到的。

4、进一步的，在获得信号光源的运行属性参数之前，还包括：

5、获得环形芯光纤的结构参数；

6、其中，所述结构参数包括所述环形芯光纤中环形纤芯的内环半径、所述环形芯光纤中环形纤芯的外环半径、所述环形芯光纤中内包层的折射率、所述环形芯光纤中环形芯层的折射率、所述环形芯光纤中外包层的折射率、所述环形芯光纤的长度、所述环形芯光纤对应的差分群时延、所述环形芯光纤对应的群速度色散；

7、基于所述结构参数之间的对应关系获得所述目标环形芯光纤。

8、进一步的，在生成所述克尔光束自清洁效应下的环形光斑之后，还包括：获取所述克尔光束自清洁效应下环形光斑的光谱信息以及各个模式下的脉冲能量占比信息；基于所述光谱信息以及所述各个模式下的脉冲能量占比信息对所述环形芯光纤的结构参数进行调优处理，获得优化之后的新的结构参数。

9、进一步的，所述信号光源的脉冲持续时间的设定值与所述环形芯光纤的长度以及所述环形芯光纤在光脉冲中心波长的差分群时延存在对应关系；所述信号脉冲的输入峰值功率的设置范围为1kw～300kw；所述信号光源的脉冲能量与所述信号光源的脉冲持续时间以及所述信号光源的输入峰值功率存在对应关系。

10、进一步的，所述目标环形芯光纤包括内包层、外包层以及环形纤芯；所述环形纤芯的内环半径与外环半径的满足预设目标比值；所述内包层和所述外包层为二氧化硅制件，所述环形纤芯为二氧化硅掺杂离子制件。

11、进一步的，所述环形纤芯的最大折射率与所述内包层的折射率相差预设的第一目标值，所述环形纤芯的最大折射率与所述外包层的折射率相差预设的第二目标值。

12、第二方面，本技术还提供一种基于环形芯光纤的光束自清洁实现装置，包括：

13、初始脉冲信号生成单元，用于获得信号光源的运行属性参数，基于所述运行属性参数生成所需的初始脉冲信号；其中，所述运行属性参数包括所述信号光源的脉冲持续时间、所述信号光源的输入峰值功率和所述信号光源的脉冲能量；

14、光束自清洁实现单元，用于将所述初始脉冲信号输入到预设的目标环形芯光纤中，并通过调节所述信号光源的输入峰值功率和脉冲能量对所述初始脉冲信号在所述目标环形芯光纤中的非线性效应进行分析，以激发产生克尔光束自清洁效应对传播过程中的光束进行整形，生成所述克尔光束自清洁效应下的环形光斑；其中，所述目标环形芯光纤是基于预设的结构参数进行构建得到的。

15、进一步的，在获得信号光源的运行属性参数之前，还包括：目标环形芯光纤获得单元，用于：

16、获得环形芯光纤的结构参数；

17、其中，所述结构参数包括所述环形芯光纤中环形纤芯的内环半径、所述环形芯光纤中环形纤芯的外环半径、所述环形芯光纤中内包层的折射率、所述环形芯光纤中环形芯层的折射率、所述环形芯光纤中外包层的折射率、所述环形芯光纤的长度、所述环形芯光纤对应的差分群时延、所述环形芯光纤对应的群速度色散；

18、基于所述结构参数之间的对应关系获得所述目标环形芯光纤。

19、进一步的，在生成所述克尔光束自清洁效应下的环形光斑之后，还包括：结构参数调优处理单元，用于获取所述克尔光束自清洁效应下环形光斑的光谱信息以及各个模式下的脉冲能量占比信息；基于所述光谱信息以及所述各个模式下的脉冲能量占比信息对所述环形芯光纤的结构参数进行调优处理，获得优化之后的新的结构参数。

20、进一步的，所述信号光源的脉冲持续时间的设定值与所述环形芯光纤的长度以及所述环形芯光纤在光脉冲中心波长的差分群时延存在对应关系；所述信号脉冲的输入峰值功率的设置范围为1kw～300kw；所述信号光源的脉冲能量与所述信号光源的脉冲持续时间以及所述信号光源的输入峰值功率存在对应关系。

21、进一步的，所述目标环形芯光纤包括内包层、外包层以及环形纤芯；所述环形纤芯的内环半径与外环半径的满足预设目标比值；所述内包层和所述外包层为二氧化硅制件，所述环形纤芯为二氧化硅掺杂离子制件。

22、进一步的，所述环形纤芯的最大折射率与所述内包层的折射率相差预设的第一目标值，所述环形纤芯的最大折射率与所述外包层的折射率相差预设的第二目标值。

23、第三方面，本技术还提供一种环形芯光纤，包括：内包层、外包层以及环形纤芯；所述环形纤芯的内环半径与外环半径的满足预设的目标比值；所述环形纤芯的最大折射率与所述内包层的折射率相差预设的第一目标值，所述环形纤芯的最大折射率与所述外包层的折射率相差预设的第二目标值；

24、所述环形芯光纤对应的预设的结构参数包括所述环形芯光纤中环形纤芯的内环半径、所述环形芯光纤中环形纤芯的外环半径、所述环形芯光纤中内包层的折射率、所述环形芯光纤中环形芯层的折射率、所述环形芯光纤中外包层的折射率、所述环形芯光纤的长度、所述环形芯光纤对应的差分群时延、所述环形芯光纤对应的群速度色散。

25、第四方面，本技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任意一项所述的基于环形芯光纤的光束自清洁实现方法的步骤。

26、第五方面，本技术还提供一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意一项所述的基于环形芯光纤的光束自清洁实现方法的步骤。

27、本技术提供的基于环形芯光纤的光束自清洁实现方法，通过获得信号光源的运行属性参数，基于所述运行属性参数生成所需的初始脉冲信号，并将所述初始脉冲信号输入到预设的目标环形芯光纤中，并通过调节所述信号光源的输入峰值功率和脉冲能量对所述初始脉冲信号在所述目标环形芯光纤中的非线性效应进行分析，以激发产生克尔光束自清洁效应对传播过程中的光束进行整形，生成所述克尔光束自清洁效应下的环形光斑，所述目标环形芯光纤是基于预设的结构参数进行构建得到的，能够实现对环形芯光纤中传播过程的光束进行整形，有效提高了环形芯光纤输出光斑的空间质量。