专利名称：一种同时检测激光在水中传输发生受激布里渊散射和拉曼散射阈值的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种同时检测受激布里渊散射和受激拉曼阈值的装置及方法。
背景技术：
光学受激布里渊散射和受激拉曼散射应用于多个方面，例如研究受激激光散射介 质的特性，用于产生光信号放大等，但是因为它们的共生关系，受激布里渊散射的产生往往 伴随着受激拉曼散射。目前，对于受激布里渊散射和受激拉曼散射的研究，是以牺牲另一种 受激散射为代价。这种方法不能同时检测受激布里渊散射和受激拉曼散射，只是分开单一 的研究，检测数据并不同步，导致数据误差，容易造成错误判断。
发明内容
为了克服不能同时研究受激布里渊散射和受激拉曼散射现状的不足，本发明提供 了一种能实现同时检测受激布里渊散射和受激拉曼散射的实验装置和方法，该方法不仅能 单独检测受激布里渊散射和受激拉曼散射，而且还可以对它们进行同步检测，对研究受激 布里渊散射和受激拉曼散射的关系有很大的帮助。本发明解决其技术问题的方案是种子注入式激光器(1)发出波长为532nm的激 光经过二分之一波片(2)，在偏振耦合镜(3)处分成两路，第一路激光被偏振耦合镜(3)反 射，后由功率计(4)接收；第二路激光透过偏振耦合镜(3)，经过四分之一波片(5)，在装 有水的水槽(6)中传输后，激光经532nm全反镜(7)处再次分为两路，一路波长为532nm 的激光被反射，并由功率计(8)接收；另一路透过532nm全反镜(7)经过滤光片(9)后由 newport功率计(10)接收。其中激光器处于窄带模式的工作状态，激光在装有水的水槽 (6)传输时，激光能量达到一定程度，会产生后向的受激布里渊散射(绿光)，受激布里渊散 射只是入射激光能量的一部分，大部分的激光扔保持向前传输，若向前传播的激光能量足 够强就会激发前向的受激拉曼散射(红光)。功率计(8)接收的532nm激光的能量和水中 受激布里渊散射有关，newport功率计(10)是探测微弱光信号专用的功率计。接收的激光 (红光)主要和水中受激拉曼散射有关。本新型装置和方法的有益效果是，可以通过公式
I1 (I2/Ii An1H2 \…K=-TlnYTTx;~⑴
1 \J2lh O1+"2)得出当前条件下激光在水槽中传播的衰减系数Y，其中I2' , I1'为激光在装有 水的水槽传输时功率计(8)和功率计(4)的读数；12，I1为激光在没有水的水槽中传输时功 率计(8)和功率计(4)的读数；叫=1. 5为玻璃的折射率，n2 = 1. 33为水的折射率，1为水 槽长度。将式子(1)中I2'的值换成激光在装有水的水槽传输时newport功率计(10)的 读数，I2激光在没有水的水槽中传输newport时功率计(10)的读数，此时式子(1)算出的就是前向受激拉曼在水中的衰减系数。改变激光能量，计算衰减系数，记录，作出衰减系数随激光能量变化的图示，其中 变化最剧烈(拐点)处，即为其阈值。
附图1是本发明的装置原理图。附图2是本发明装有导轨的凸透镜的实施例。附图3是本发明给出的导轨上凸透镜汇聚激光光束处于功率计接收最佳态实施 例。附图4水槽长度为1米时受激布里渊散射的衰减系数和入射能量关系实施例。
具体实施例方式实施例1 如附图1所示，该受激布里渊散射阈值测试装置包括1.注入式种子脉冲激光器， 2. 二分之一波片，3.偏振耦合镜4.功率计，5.四分之一波片，6.水槽，7.532nm全反镜， 8.功率计，9.滤光片，10.功率计。从激光器(1)发出的是波长为532nm的窄带模式的脉冲激光，激光经过二分之一 波片(2)射入偏振耦合镜(3)时，分成两路脉冲激光，第一路激光被偏振耦合镜(3)反射后 由功率计(4)接收；另一路脉冲激光经过四分之一波片(5)之后进入装有水的水槽(6)，激 光传输至532nm全反镜(7)时，激光中532nm部分的光被反射至功率计(8)，剩下含有受激 拉曼散射部分的光直接通过532nm全反镜(7)，经过滤光片(9)后的激光就只剩下受激拉曼 散射，由newport功率计(10)接收。其中滤光片(9)的作用是虑除红光以外的光，也就是 只留下受激拉曼光。通过公式已有的公式算出激光在水中传输的衰减系数，在衰减系数变化最激烈， 也就是拐点处即为其阈值。其中，激光器采用的是窄带模式，用于计算受水中激布里渊散射 阈值的数据由功率计(8)测出的532nm激光(绿光)的功率和功率计(4)测出的反射激光 功率提供，计算受激拉曼散射阈值的数据则由newport功率计(10)册数的激光(红光)功 率和功率计(4)测出的反射激光功率提供。实施例2:如附图2所示，该受激布里渊散射阈值测试装置包括1.注入式种子脉冲激光器， 2. 二分之一波片，3.偏振耦合镜 4.功率计，5.四分之一波片，6.水槽，7.532nm全反镜， 8.功率计，9.滤光片，10.功率计，11.装在导轨上的凸透镜。从激光器(1)发出的是波长为532nm的窄带模式的脉冲激光，激光经过二分之一 波片(2)射入偏振耦合镜(3)时，分成两路脉冲激光，第一路激光被偏振耦合镜(3)反射后 由功率计(4)接收；另一路脉冲激光经过四分之一波片(5)之后进入装有水的水槽(6)，激 光经过装在导轨上的凸透镜(11)汇聚后传输至532nm全反镜(7)时，激光中532nm部分的 光被反射至功率计(8)，剩下含有受激拉曼散射部分的光直接通过532nm全反镜(7)，经过 滤光片(9)后的激光就只剩下受激拉曼散射，由功率计计(10)接收。其中装有导轨的凸透 镜(11)的作用是将经过很多光学器件及散射介质(水)后，已经扩束的激光光束汇聚。汇聚的作用是将已经大于功率计(8)和newport功率计(10)探头的激光光束直径收缩至一 个合适的大小。凸透镜(11)的导轨作用是将凸透镜(11)放置于一个合适的位置，使得功 率计(8)和newport功率计(10)探头处的光束即小于探头直径，又不处于凸透镜汇聚激光 光束的焦点。 附图3以图示的方式给出了通过调节可旋转含有导轨的凸透镜(11)的位置而改 变激光光束的直径。也即通过导轨改变凸透镜位置使得激光直径及功率密度处于功率计 (8)和newport功率计(10)探头的最佳接收态。附图4是用实际测量得到的数据代入公式 (1)算出来的衰减系数和入射激光能量之间关系的图示，其中横轴为入射激光的能量，纵轴 为衰减系数。在衰减系数变化最大处，也就是衰减系数曲线拐点处即为受激布里渊散射阈 点ο
权利要求
一种同时测量水中受激布里渊散射阈值和受激拉曼散射阈值的装置，该装置包括种子注入式脉冲激光器(1)，二分之一波片(2)，偏振耦合镜(3)，功率计(4)，四分之一波片(5)，装有散射介质的水槽(6)，532nm全反镜(7)，功率计(8)，滤光片(9)，newport功率计(10)。从激光器(1)发出的是波长为532nm的脉冲激光，激光经过二分之一波片(2)射入偏振耦合镜(3)时，分成两路脉冲激光，第一路激光被偏振耦合镜(3)反射后由功率计(4)接收；另一路脉冲激光经过四分之一波片(5)之后进入装有水的水槽(6)，激光传输至532nm全反镜(7)时，激光中532nm部分的光被反射至功率计(8)，剩下含有受激拉曼散射部分的光通过532nm全反镜(7)，经过滤光片(9)后的激光就只剩下受激拉曼散射光，由newport功率计(10)接收。其中滤光片(9)的作用是虑除红光以外的光，也就是只留下受激拉曼散射光。
2.如权利要求1所述的同时测量水中受激布里渊散射阈值和受激拉曼散射阈值的装 置，其特征在于532nm全反镜(7)放置的位置。
3.如权利要求1所述的同时测量水中受激布里渊散射阈值和受激拉曼散射阈值的装 置，其特征在于在水槽(6)和532nm全反镜(7)之间加装一个凸透镜(11)。
4.如权利要求3所述的同时测量水中受激布里渊散射阈值和受激拉曼散射阈值的装 置，其特征在于凸透镜(11)是装在导轨上，可移动。
5.如权利要求3所述同时测量水中受激布里渊散射阈值和受激拉曼散射阈值的装置， 其特征在于通过移动装在导轨上的凸透镜(11)，改变激光焦点位置，使激光光束在功率 计(8)和newport功率计(10)探头处处于最佳被接收态。
6.一种同时测量水中受激布里渊散射阈值和受激拉曼散射阈值方法，其特征在于从 激光器(1)发出的是波长为532nm的窄带模式的脉冲激光，激光经过二分之一波片(2)射 入偏振耦合镜(3)时，分成两路脉冲激光，第一路激光被偏振耦合镜(3)反射后由功率计 (4)接收；另一路脉冲激光经过四分之一波片(5)之后进入装有水的水槽(6)，激光经过装 在导轨上的凸透镜(11)汇聚后传输至532nm全反镜(7)时，激光中532nm部分的光被反 射至功率计(8)，剩下含有受激拉曼散射部分的光直接通过532nm全反镜(7)，经过滤光片 (9)后的激光就只剩下受激拉曼散射，由newport功率计(10)接收。其中装有导轨的凸透 镜(11)的作用是将经过很多光学器件及散射介质(水)后，已经扩束的激光光束汇聚。汇 聚的作用是将已经大于功率计(8)和newport功率计(10)探头的激光光束直径收缩至一 个合适的大小。凸透镜(11)的导轨作用是将凸透镜(11)放置于一个合适的位置，使得功 率计(8)和newport功率计(10)探头处的光束即小于探头直径，又不处于凸透镜汇聚激光 光束的焦点。再通过公式已有的公式算出激光在水中传输的衰减系数，在衰减系数变化最 激烈，也就是拐点处即为其阈值。其中，激光器采用的是窄带模式，用于计算受水中激布里 渊散射阈值的数据由功率计(8)测出的532nm激光(绿光)的功率和功率计(4)测出的反 射激光功率提供，计算受激拉曼散射阈值的数据则由newport功率计(10)测出的激光(红 光)功率和功率计(4)测出的反射激光功率提供。
7.如权利要求6所述同时测量水中受激布里渊散射阈值和受激拉曼散射阈值的方法， 其特征在于，其中所述的532nm全反镜(7)放置的位置，将水中受激布里渊散射和受激拉 曼散射信号分离，计算受激布里渊散射阈值和受激拉曼散射阈值所需的数据用功率计(8)和newport功率计(10)接收，实现了同时测量水中受激布里渊散射阈值和受激拉曼散射阈 值。 凸透镜(11)装在可移动导轨上，通过移动在导轨上移动改变激光光束直径以及汇聚激 光的焦点的位置。
全文摘要
本发明公开了一种能同时测量受激布里渊散射和受激拉曼散射的装置和方法。该装置包括一个种子注入式激光器(1)，激光器(1)发出的波长为532nm的脉冲激光经过二分之一波片(2)射入偏振耦合镜(3)时，分成两路脉冲激光，第一路激光被偏振耦合镜(3)反射后由功率计(4)接收；另一路脉冲激光经过四分之一波片(5)之后进入装有水的水槽(6)，激光传输至532nm全反镜(7)时，激光中532nm部分的光被反射至功率计(8)，剩下含有受激拉曼散射部分的光直接通过532nm全反镜(7)，经过滤光片(9)后的激光就只剩下受激拉曼散射，由功率计计(10)接收。再根据已有的公式(1)，代入不同的I′2值，就可以计算出同受激布里渊散射和受激拉曼散射各自衰减系数，进而得出受激布里渊散射和受激拉曼散射的阈值。
文档编号G02B27/28GK101806735SQ20101013589
公开日2010年8月18日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者何兴道, 刘伟, 刘娟, 史久林, 张婷婷, 李淑静, 赵晚昭 申请人:南昌航空大学