利用布里渊放大获得平顶限幅波形研究.pdfVIP

利用布里渊放大获得平顶限幅波形的研究1 龚华平，吕志伟，林殿阳，刘松江 哈尔滨工业大学可调谐激光国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨（150001 ） E-mail：gong_hp@ 摘 要：提出了利用布里渊放大获得平顶限幅波形的方法。采用布里渊放大模型，数值求解 受激布里渊散射耦合波方程，模拟了不同种子光功率密度下的限幅输出波形，并获得了种子 光功率密度影响限幅输出波形的规律。实验上，采用对抽运光缩束的方案代替以前的聚焦方 案，通过改变种子光能量，获得了不同种子光能量下的限幅输出波形。结果表明，在种子光 峰值比抽运光峰值提前进入放大池的时候，选择合适大小的种子光能量可以得到较理想的平 顶限幅波形。实验结果与理论模拟基本一致。 关键词：非线性光学，受激布里渊散射，光限幅，平顶波形 中图分类号: O437.2 1．引言 光限幅器由于具有保护光学敏感元件免受高功率强激光损伤的功能，在近二十年得到了 广泛的研究。人们研究了基于各种非线性效应的光限幅机制，例如双光子吸收[1]，反饱和吸 收[2,3]，非线性折射、反射、衍射光限幅[4,5]等等。受激布里渊散射（SBS ）作为一种非线性 光学过程，也具有光限幅的特性。最近，吕月兰等人研究了聚焦条件下激光脉冲在CCl4介质 中的传输特性，得到了透射光脉冲的能量和功率的变化规律，结果表明SBS 过程具有对功 率及能量的光限幅特性[6-9] 。但是这种基于SBS产生池的结构由于其阈值效应的限制，导致 限幅输出波形中有明显的剩余峰，制约了SBS光限幅的实际应用。Lin DianYang等人提出了 采用种子光诱导的SBS光限幅方案，减小了限幅输出波形中的剩余峰现象[10]，使得SBS光限 幅的研究前进了一步。在此基础上，本文提出了基于布里渊放大的光限幅方案，首先从理论 上对其限幅输出波形进行了模拟，得到了种子光功率密度影响限幅输出波形的规律，然后根 据理论模拟的结果选取合适的实验条件，获得了较理想的平顶限幅波形。 2 ．理论 2.1 理论模型 布里渊放大光限幅的物理过程可以简单描述如下：抽运光和 Stokes 光分别沿 z 轴并以 相反的方向通过长度为 L 的布里渊介质池，抽运光在 z=0 处入射，z=L 处离开介质池；stokes 光沿 z=L 到 z=0 方向传播。由于后向 Stokes 光从抽运光中提取了部分能量，透射光的能量 和功率就被限制了，如图 1 所示。 z=0 z=L 抽运光 Stokes 光 透射光 布里渊介质池 图 1 基于受激布里渊散射的光限幅示意图 Fig.1 the sketch of optical limiting based Brillouin amplification 1本课题得到国家自然科学基金的资助（批准号60478020 ）。 -1- 在缓变振幅近似条件下，一维瞬态SBS的耦合波方程可写为如下的形式[11]： n ∂ ∂ [ ( ) + ]Ap −αAp +iKρAs (1) c ∂t ∂z n ∂ ∂ * [ ( ) + ]As αAs −iKρ Ap