專利名稱：高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置，屬于高功率窄線寬光纖激光器、窄線寬光纖放大器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
受激布里淵散射是一種在光纖內(nèi)發(fā)生的非線性過程，其所需要的入射功率遠低于受激拉曼散射所需要的入射功率。一旦達到布里淵散射閾值，受激布里淵散射將把絕大部分輸入功率轉(zhuǎn)換為反向斯托克斯波[Govind P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, Third Edition, San Diego, CA =Academic]。顯然，受激布里淵散射限制了光纖所能傳輸?shù)淖畲蠊β?。另外，受激布里淵散射如果不能得到完全抑制，將導致泵浦功率的隨機變化，從而引起相應的信號噪聲，降低了信號的質(zhì)量。目前，提高光纖中的受激布里淵散射閾值主要有以下幾種1)制作光纖，使光纖中殘留應力以抑制光纖中的受激布里淵散射。Jane Bilecky Clayton等人在美國專利US005851259A中在制作摻鎘光纖時，通過調(diào)制光纖中拉制時所受的應力來抑制傳輸光纖中的受激布里淵散射。Alan Frank Evans等人在美國專利 US006542683B1在制作光纖時，通過交替變更含磷和氟摻雜物的玻璃層實現(xiàn)纖芯具有非均勻粘度和CTE分布，從而使得光纖中剩余、永久、非均勻應力；在拉制光纖時，受到光纖拉絲張力以及光纖離開熔爐后經(jīng)歷大溫度梯度和快速冷卻，從而增強了非均勻應力提供的受激布里淵抑制效應。這種方法主要適合非摻稀土的單模傳輸光纖。2)改變光纖中的聲波頻率隨著光纖長度的變化而變化，實現(xiàn)展寬布里淵增益帶
覓ο改變光纖中的聲波頻率可通過改變芯層半徑隨光纖長度變化[K.Siiraki， Μ. Ohashi, and Μ. Tateda，，，Suppression of stimulated Brillouin scattering in a fibre by changing the core radius,，，Electron. Lett. vol. 31，no. 8，pp. 668-669, April. 1995]或改變芯層摻雜濃度隨光纖長度變化[K. Tsujikawa, K. Nakajima, Y. Miyajima, and Μ. Ohashi，，，New SBS suppression fiber with uniform chromatic dispersion to enhance four-wave mixing,"IEEE photon.Technol.Lett.,vol.10,no.8, pp. 1139-1141,Aug. 1998]實現(xiàn)。顯然，這兩種方法都涉及對光纖結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計，因此，無法靈活調(diào)節(jié)光纖中的聲波頻率，以提高光纖中的受激布里淵散射閾值。改變光纖中的聲波頻率還可通過改變溫度隨光纖長度變化實現(xiàn)。Y. Imai等人在文獻['Dependence of stimulated Brillouin scattering on temperature distribution in polarization-maintaining fibers," IEEE Photon. Technol. Lett. , vol.5, no.11, pp. 1335-1337,Nov. 1993]中通過增大光纖盤中不同點光纖溫度差，實現(xiàn)提高光纖受激布里淵散射閾值的目的。這種方法，無法對光纖施加力的作用，而且主要適合非摻稀土的單模傳輸光纖。改變光纖中的聲波頻率還可通過改變壓力分布隨光纖長度變化實現(xiàn)。JoshuaE. Rothenberg 等人在文獻[，，Suppression of Stimulated Brillouin Scattering in Single-Frequency Multi-Kilowatt Fiber Amplifiers，，，Proc. of SPIE Vol. 6873, 687300，(2008)]及美國專利US 2007/0019918與國際專利W02007/055754中將光纖嵌入到圓形或橢圓形的轉(zhuǎn)盤里，使光纖與彈性轉(zhuǎn)盤的慣性軸存在偏移，對彈性轉(zhuǎn)盤施加壓力，使光纖受到與慣性軸偏移位置成正比的拉伸力或壓縮力。Joshua Ε. Rothenberg等人還指出可以將光纖嵌入到橢圓梁中，利用扭轉(zhuǎn)，來對橢圓梁施加壓縮力，實現(xiàn)同樣的效果。這種方法需要將光纖嵌入到彈性轉(zhuǎn)盤或橢圓梁中，而且光纖表面不能受到與橫截面平行方向的任何壓力，實現(xiàn)工藝要求高，而且一旦光纖嵌入后，將不能再次使用，增加了使用成本。中國專利申請?zhí)?01010104948. 3對光纖長度為50米的單模光纖同時施加負的溫度梯度和縱向壓力或者同時施加正的溫度梯度和縱向張力，實現(xiàn)抑制窄帶光纖拉曼放大器中的受激布里淵散射的目的；然而此專利申請中沒有給出具體的合理技術(shù)手段。Peter Krummrich等人在美國專利US2001/0019642 Al與德國專利19961514 Al中提出將傳輸光纖分成幾個部分，對每一部分進行機械連接以使相鄰部分聲波不耦合；或者對光纖縱向施加非均勻性機械拉力，形成不同的光纖格柵，以擾動光波與聲波或者反向光波與聲波的相位關(guān)系。這種方法主要適合傳輸光纖，專利中也沒有給出具體的在光纖上作用的機械拉力技術(shù)手段。中國專利申請?zhí)?00910237785. 3通過設(shè)計內(nèi)環(huán)盤、左外環(huán)盤與右外環(huán)盤的方法， 解決了美國專利US 2007/0019918中容易出現(xiàn)的光纖表面容易受到與橫截面平行方向的壓力情形，以及光纖很難再次使用的問題。由于內(nèi)環(huán)盤外表面為橢圓形，在橢圓形表面上刻上精度與表面粗糙度要求很高的螺旋槽，工藝要求很高。中國專利申請?zhí)?00910238723. 4 給出了一種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，這種裝置中的彈簧鋼螺紋管的內(nèi)側(cè)螺紋加工，工藝要求與專利200910237785. 3 一樣要求很高，而且光纖如何放置在螺旋槽中也是實現(xiàn)的技術(shù)難點。中國專利申請?zhí)?00920350821. 2將內(nèi)環(huán)盤外表面設(shè)計成圓形，解決了工藝上的實現(xiàn)的難題，其缺點是在調(diào)節(jié)開口外環(huán)的開口兩端距離，調(diào)節(jié)范圍小，而且，內(nèi)環(huán)的外表面為圓形，容易將開口外環(huán)作用在內(nèi)環(huán)外側(cè)上的壓力分散均勻，不利于實現(xiàn)光纖在與橫截面垂直方向上大的拉伸或壓縮變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有裝置工藝復雜、光纖不能再使用、光纖伸縮小等缺點，提出高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置，此裝置包括桌、橢圓錐管、質(zhì)量大球、第一質(zhì)量小球與第二質(zhì)量小球。橢圓錐管的小口端的中心與桌的桌面同心，橢圓錐管小口端的長軸與桌面寬度的中心線重合，將橢圓錐管固定在桌的桌面上。橢圓錐管的大口端長軸的兩端分別與第一鋼絲繩的一端、第二鋼絲繩的一端固定連接。第一鋼絲繩的另一端、第二鋼絲繩的另一端分別經(jīng)過固定在桌面的側(cè)面邊緣中心上的第一定滑輪、第二定滑輪與質(zhì)量大球固定連接。
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橢圓錐管的大口端長軸的一個端點與第一定滑輪之間的第一鋼絲繩和桌面的夾角記為α弧度，0. 1≤α≤π/4。橢圓錐管的大口端長軸的另一個端點與第二定滑輪之間的第二鋼絲繩和桌面的夾角等于橢圓錐管的大口端長軸的一個端點與第一定滑輪之間的第一鋼絲繩和桌面的夾第一定滑輪與質(zhì)量大球之間的第一鋼絲繩和桌面的夾角記為β弧度， 0. 1 ≤ β ≤ 31 /2-0. 1。第二定滑輪與質(zhì)量大球之間的第二鋼絲繩和桌面的交夾等于第一定滑輪與質(zhì)量大球之間的第一鋼絲繩和桌面的夾角。橢圓錐管的大口端短軸的一個端點與第三鋼絲繩的一端固定連接，第三鋼絲繩的另一端與第一質(zhì)量小球固定連接。橢圓錐管的大口端短軸的另一個端點與第四鋼絲繩的一端固定連接，第四鋼絲繩的另一端與第二質(zhì)量小球固定連接。所述的第三鋼絲繩和所述的第四鋼絲繩均與水平面垂直。本發(fā)明的有益效果具體如下將用于高功率窄線寬放大器或激光器的摻稀土光纖，螺旋粘貼在橢圓錐管外側(cè)壁上；在質(zhì)量大球作用下，橢圓錐管外側(cè)壁上受到拉伸力；同時在三個質(zhì)量球的重力作用下，橢圓錐管外側(cè)壁受到壓縮力。在靠近第一鋼絲繩、第二鋼絲繩與橢圓錐管大口端兩連接點的橢圓錐管外側(cè)壁附近區(qū)域，起主要作用的是拉伸力，使得粘貼在這片區(qū)域上的光纖受到拉伸力而變長；而在靠近第三鋼絲繩、第四鋼絲繩與橢圓錐管大口端兩連接點對應的橢圓錐管外側(cè)壁附近區(qū)域，起主要作用的是壓縮力，使得粘貼在這片區(qū)域上的光纖受到壓縮力而變長；改變質(zhì)量大球與第一質(zhì)量小球、第二質(zhì)量小球的質(zhì)量或改變第一鋼絲繩與質(zhì)量大球的連線與桌面的交角和第二鋼絲繩與質(zhì)量大球的連線與桌面的交角，均能很容易地改變光纖受到的形變，從而實現(xiàn)提高摻稀土光纖受激布里淵散射閾值的目的。顯然這種結(jié)構(gòu)簡易，加工工藝簡單。


圖1為高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置主視圖；圖2為高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置右視圖；圖3為高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置左視圖；圖4為高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置俯視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述，實施例中的尺寸單位均為毫米。實施例一如圖1 圖4所示，高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置，包括桌2、橢圓錐管4、質(zhì)量大球61、第一質(zhì)量小球62與第二質(zhì)量小球63。橢圓錐管4的小口端的中心與桌2的桌面同心，橢圓錐管4小口端的長軸與桌面寬度的中心線重合，將橢圓錐管4固定在桌2的桌面上。橢圓錐管4的大口端長軸的兩端分別與第一鋼絲繩51的一端、第二鋼絲繩52的一端固定連接。第一鋼絲繩51的另一端、第二鋼絲繩52的另一端分別經(jīng)過固定在桌面的側(cè)面邊緣中心上的第一定滑輪21、第二定滑輪22與質(zhì)量大球61固定連接。橢圓錐管4的大口端長軸的一個端點與第一定滑輪21之間的第一鋼絲繩51和桌面的夾角記為α弧度，0. 1彡α彡π/4。橢圓錐管4的大口端長軸的另一個端點與第二定滑輪22之間的第二鋼絲繩52和桌面的夾角等于橢圓錐管4的大口端長軸的一個端點與第一定滑輪21之間的第一鋼絲繩 51和桌面的夾角。第一定滑輪21與質(zhì)量大球61之間的第一鋼絲繩51和桌面的夾角記為β弧度， 0. 1 ^ β ^ 31 /2-0. 1。第二定滑輪22與質(zhì)量大球61之間的第二鋼絲繩52和桌面的交夾等于第一定滑輪21與質(zhì)量大球61之間的第一鋼絲繩51和桌面的夾角。橢圓錐管4的大口端短軸的一個端點與第三鋼絲繩53的一端固定連接，第三鋼絲繩53的另一端與第一質(zhì)量小球62固定連接。橢圓錐管4的大口端短軸的另一個端點與第四鋼絲繩M的一端固定連接，第四鋼絲繩M的另一端與第二質(zhì)量小球63固定連接。橢圓錐管4的厚度1 5。第三鋼絲繩53和所述的第四鋼絲繩M均與水平面垂直。第一質(zhì)量小球62和所述的第二質(zhì)量小球63的質(zhì)量相等，所述的質(zhì)量大球61是所述的第一質(zhì)量小球62的質(zhì)量的kin β /sin α。橢圓錐管4為彈簧鋼制作而成；桌2由木、鐵或鋁制成。用于高功率窄線寬放大器或激光器的摻稀土光纖7，螺旋粘貼在橢圓錐管4的外側(cè)壁上。通過質(zhì)量大球61與與第一質(zhì)量小球62、第二質(zhì)量小球63的作用下，橢圓錐管4外側(cè)壁一部份區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)拉伸變形，一部份區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)壓縮變形，剩下區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)不變形，使得粘貼在裝置上的光纖出現(xiàn)相應的形變，從而實現(xiàn)提高高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值的目的。實施例二高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置，包括桌2、橢圓錐管4、 質(zhì)量大球61、第一質(zhì)量小球62與第二質(zhì)量小球63。橢圓錐管4的小口端的中心與桌2的桌面同心，橢圓錐管4小口端的短軸與桌面寬度的中心線重合，將橢圓錐管4固定在桌2的桌面上。橢圓錐管4的大口端短軸的兩端分別與第一鋼絲繩51的一端、第二鋼絲繩52的
一端固定連接。第一鋼絲繩51的另一端、第二鋼絲繩52的另一端分別經(jīng)過固定在桌面的側(cè)面邊緣中心的第一定滑輪21、第二定滑輪22與質(zhì)量大球61固定連接。橢圓錐管4的大口端長軸的一個端點與第一定滑輪21之間的第一鋼絲繩51和桌面的夾角記為α弧度，0. 1≤α≤π/4。橢圓錐管4的大口端長軸的另一個端點與第二定滑輪22之間的第二鋼絲繩52和桌面的夾角等于橢圓錐管4的大口端長軸的一個端點與第一定滑輪21之間的第一鋼絲繩 51和桌面的夾角。
第一定滑輪21與質(zhì)量大球61之間的第一鋼絲繩51和桌面的夾角記為β弧度， 0. 1 ^ β ^ 31 /2-0. 1。第二定滑輪22與質(zhì)量大球61之間的第二鋼絲繩52和桌面的交夾等于第一定滑輪21與質(zhì)量大球61之間的第一鋼絲繩51和桌面的夾角。橢圓錐管4的大口端長軸的一個端點與第三鋼絲繩53的一端固定連接，第三鋼絲繩53的另一端與第一質(zhì)量小球62固定連接。橢圓錐管4的大口端長軸的另一個端點與第四鋼絲繩M的一端固定連接，第四鋼絲繩M的另一端與第二質(zhì)量小球63固定連接。橢圓錐管4的厚度1 5。第三鋼絲繩53和所述的第四鋼絲繩M均與水平面垂直。第一質(zhì)量小球62和所述的第二質(zhì)量小球63的質(zhì)量相等，所述的質(zhì)量大球61是所述的第一質(zhì)量小球62的質(zhì)量的kin β /sin α。橢圓錐管4為彈簧鋼制作而成；桌2由木、鐵或鋁制成。用于高功率窄線寬放大器或激光器的摻稀土光纖7，螺旋粘貼在橢圓錐管4的外側(cè)壁上。通過質(zhì)量大球61與與第一質(zhì)量小球62、第二質(zhì)量小球63的作用下，橢圓錐管4外側(cè)壁一部份區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)拉伸變形，一部份區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)壓縮變形，剩下區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)不變形，使得粘貼在裝置上的光纖出現(xiàn)相應的形變，從而實現(xiàn)提高光纖放大器受激布里淵散射閾值的目的。實施例三實施例三與實施例一的區(qū)別α弧度為0. 1，β弧度為0. 1，桌2由木制成。第一質(zhì)量小球62、第二質(zhì)量小球63 的質(zhì)量相等，均為10千克，質(zhì)量大球61是第一質(zhì)量小球62的質(zhì)量的kin β/sin α。橢圓錐管4的厚度為1。實施例四實施例四與實施例一的區(qū)別α弧度為Ji/4，β弧度為1，桌2由鐵制成。第一質(zhì)量小球62、第二質(zhì)量小球63 的質(zhì)量相等，均為1千克，質(zhì)量大球61是第一質(zhì)量小球62的質(zhì)量的kin β/sin α。第一鋼絲繩51、第二鋼絲繩52與橢圓錐管4上底面邊緣兩連接點為上底面邊緣橢圓短軸端點，第三鋼絲繩53、第四鋼絲繩M與橢圓錐管4上底面邊緣兩連接點為下底面邊緣橢圓長軸端點。橢圓錐管4的厚度為2。實施例五實施例五與實施例一的區(qū)別α弧度為Ji/6，β弧度為π/2-0. 1，桌2由鋁制成。第一質(zhì)量小球62、第二質(zhì)量小球63的質(zhì)量相等，均為0. 1千克，質(zhì)量大球61是第一質(zhì)量小球62的質(zhì)量的kin β / sin α。橢圓錐管4的厚度1 5。實施例六實施例六與實施例一的區(qū)別高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置，桌由鋁制成。桌面為長 900，寬 250，厚 14。
橢圓錐管4上底面邊緣為長軸330，短軸為300的橢圓，下底面邊緣為長軸140，短軸為105的橢圓，橢圓錐管4高為150，橢圓錐管4的厚度為5。α弧度為0. 68 ； β弧度為0. 53。第一質(zhì)量小球62、第二質(zhì)量小球63的質(zhì)量相等，均為10千克，質(zhì)量大球61為16千克。
權(quán)利要求
1.高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置，其特征在于此裝置包括桌(2)、橢圓錐管(4)、質(zhì)量大球(61)、第一質(zhì)量小球(62)與第二質(zhì)量小球(63)；橢圓錐管⑷的小口端的中心與桌(2)的桌面同心，橢圓錐管⑷小口端的長軸與桌面寬度的中心線重合，將橢圓錐管固定在桌O)的桌面上；橢圓錐管的大口端長軸的兩端分別與第一鋼絲繩(51)的一端、第二鋼絲繩(52) 的一端固定連接；第一鋼絲繩(51)的另一端、第二鋼絲繩(5 的另一端分別經(jīng)過固定在桌面的側(cè)面邊緣中心上的第一定滑輪(21)、第二定滑輪0 與質(zhì)量大球(61)固定連接；橢圓錐管(4)的大口端長軸的一個端點與第一定滑輪之間的第一鋼絲繩(51)和桌面的夾角記為α弧度，0. 1 ^ α ^ π /4 ；橢圓錐管的大口端長軸的另一個端點與第二定滑輪0 之間的第二鋼絲繩(52) 和桌面的夾角等于橢圓錐管的大口端長軸的一個端點與第一定滑輪之間的第一鋼絲繩(51)和桌面的夾角；第一定滑輪與質(zhì)量大球(61)之間的第一鋼絲繩(51)和桌面的夾角記為β弧度， 0. 1 ^ β ^ π /2-0. 1 ；第二定滑輪0 與質(zhì)量大球(61)之間的第二鋼絲繩(5 和桌面的交夾等于第一定滑輪與質(zhì)量大球(61)之間的第一鋼絲繩(51)和桌面的夾角；橢圓錐管(4)的大口端短軸的一個端點與第三鋼絲繩(5 的一端固定連接，第三鋼絲繩(53)的另一端與第一質(zhì)量小球(62)固定連接；橢圓錐管(4)的大口端短軸的另一個端點與第四鋼絲繩(54)的一端固定連接，第四鋼絲繩(54)的另一端與第二質(zhì)量小球(63)固定連接；所述的第三鋼絲繩(5 和所述的第四鋼絲繩(54)均與水平面垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置，其特征在于所述的第一質(zhì)量小球(6 和所述的第二質(zhì)量小球(6 的質(zhì)量相等，所述的質(zhì)量大球 (61)是所述的第一質(zhì)量小球(62)的質(zhì)量的2sin^/sina。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置，其特征在于橢圓錐管⑷的厚度為Imm 5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置，其特征在于橢圓錐管(4)為彈簧鋼制作而成；桌O)由木、鐵或鋁制成。
全文摘要
高功率光纖放大器受激布里淵散射閾值提高的滑輪裝置，屬于高功率窄線寬光纖激光器、窄線寬光纖放大器領(lǐng)域，克服現(xiàn)有裝置工藝復雜、光纖不能再使用、光纖伸縮小等缺點。該裝置的橢圓錐管(4)的大口端的橢圓長軸兩端分別與第一、二鋼絲繩(51、52)的一端固定連接，第一、二鋼絲繩的另一端分別通過第一、二定滑輪(21、22)與質(zhì)量大球(61)固定連接。橢圓錐管(4)大口端的橢圓短軸兩端分別通過第三、四鋼絲繩(53、54)與第一、二質(zhì)量小球(62、63)固定連接，且第三、四鋼絲繩(53、54)均與水平面垂直。該滑輪裝置的結(jié)構(gòu)簡易，加工工藝簡單，提高了螺旋粘貼在橢圓錐管外側(cè)壁上的摻稀土光纖(7)受激布里淵散射閾值。
文檔編號G02F1/39GK102183865SQ20111010486
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者馮素春, 周倩, 寧提綱, 李晶, 李林虎, 溫曉東, 王春燦, 胡旭東, 鄭晶晶 申請人:北京交通大學