[发明专利]基于反射光波形测量非聚焦泵浦的受激布里渊散射阈值的装置及阈值测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用反射光波形测量激光脉冲在非线性介质中传输时的受激布里渊散射阈值的装置及阈值测量方法，属于非线性光学领域。

背景技术

由于受激布里渊散射（SBS）在各方面具有广泛的应用前景，近几十年来，成为众多学者竞相研究的热点。在影响SBS特性的众多参数中，阈值是一个非常重要的参量。当一束激光在布里渊介质中传输时会与介质内部随机分布的热噪声相互作用发生自发布里渊散射，后向自发布里渊散射光中与泵浦光的频率差满足介质布里渊频移的成分被后续的泵浦光放大，形成放大的自发辐射光在泵浦光入射端输出。随着泵浦光强度的增加，其自身在介质中的反射率逐渐增大，当泵浦光强度增加到某一临界值以后，反射率出现雪崩式的非线性增长，这一临界泵浦光强度称为受激布里渊散射阈值。

在实际的应用中，一般认为当SBS反射率达到某一确定值时，对应的泵浦光强度为SBS阈值，此临界反射率通常被确定在1%～5%之间。这是一个模糊的定义，没有统一的评价标准，不同的研究人员会选择不同的标准来定义阈值，导致在相同的实验条件下得到的SBS阈值存在差异。Tomoya等人在实验上对几种不同反射率标准确定的阈值进行比较，得出当采用4%的标准确定阈值时，得到的SBS阈值较为合理。但在SBS阈值近，反射光中被放大的stokes光能量比较微弱，对能量计探头的灵敏度要求较高。一些研究人员通过测量透射光的特性来间接确定SBS阈值。一种方法是利用宽带和窄带激光在介质中的衰减系数的分歧点定义阈值的方法。这种方法对于部分介质较为有效，但对于某些介质（比如FC－72，FC75等），宽带激光也能产生SBS，分歧点不容易确定。另一种方法是利用透射光的限幅波形确定阈值，认为当泵浦强度达到SBS阈值以后，透射光波形中将由于能量转移到Stokes光中而出现一个缺口，定义透射光波形中刚出现限幅缺口时的泵浦光强度为SBS阈值。这种方法操作简单，但对光源的稳定提出了较高的要求。还有一种方法是利用透射光能量光限幅效应确定SBS阈值。在未达到SBS阈值之前，透射能量随泵浦能量的增加而线性地增加，而在达到SBS阈值以后，由于部分能量反射，透射能量出现限幅效应，将两种情况下的透射能量线性拟合，拟合直线的交点对应的泵浦能量定义为阈值。这一定义标准包含的人为选择不确定因素较少，可以应用于任意选取的介质，并且不受泵浦光波形的影响。但SBS的产生是从放大的自发布里渊散射（ABS）到SBS过渡的动态过程。利用这种标准很难将SBS与ABS完全区分开，两拟合直线的交点可能落在ABS所对应的泵浦能量区域，影响阈值定义的准确性。

上述几种方法对于SBS阈值的评价及测量方法均或多或少的存在着自身的缺陷，很难准确的判断出SBS阈值。因此，研究并提出一种简单易行而且能够准确测量SBS阈值的方法具有重要的意义。

发明内容

本发明目的是为了解决现有对于受激布里渊散射阈值的测量装置存在测量结果不够准确、后续数据处理复杂的问题，提供了一种基于反射光波形测量非聚焦泵浦的受激布里渊散射阈值的装置及阈值测量方法。

本发明所述基于反射光波形测量非聚焦泵浦的受激布里渊散射阈值的装置，它包括激光源、激光缩束装置、第一楔形镜、SBS介质池、泵浦光参数测量装置和反射光参数测量装置；

激光源发出激光脉冲Pump入射至激光缩束装置，经激光缩束装置缩小光束口径后入射至第一楔形镜，经第一楔形镜取样后射出，第一楔形镜取样后的反射光入射至泵浦光参数测量装置，第一楔形镜取样后的透射光入射至SBS介质池中，经SBS介质池反射的反射光入射至第一楔形镜，经第一楔形镜取样后入射至反射光参数测量装置。

所述泵浦光参数测量装置包括第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第一能量卡计和第一PIN管；

第一楔形镜取样后的激光脉冲Pump中经第一楔形镜第一个面反射的反射光入射至第一聚焦透镜，经第一聚焦透镜的会聚后入射至第一能量卡计，第一楔形镜取样后的激光脉冲Pump中经第一楔形镜第二个面反射的反射光入射至第二聚焦透镜，经第二聚焦透镜的会聚后入射至第一PIN管。

所述SBS介质池中装满重氟碳化合物FC-40。

所述反射光参数测量装置包括第二楔形镜、第三聚焦透镜、第二能量卡计、第四聚焦透镜和第二PIN管；

第一楔形镜取样后的激光脉冲Pump入射至第二楔形镜，经过第二楔形镜的反射光入射至第四聚焦透镜，经第四聚焦透镜会聚后入射至第二PIN管，经过第二楔形镜的透射光入射至第三聚焦透镜，经第三聚焦透镜会聚后入射至第二能量卡计。