【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光器，具体涉及一种高功率光纤激光器频谱线性调控优化方法。
技术介绍
1、由于高功率窄线宽光纤激光器具有结构紧凑、噪声低、光束质量好、相干性好等优势，其在引力波探测、频率转换以及光束合成等领域有着十分重要的应用价值。高功率窄线宽光纤放大器在激光放大过程中很容易产生sbs、srs、spm等非线性效应。其中，sbs阈值低，产生的后向斯托克斯光易损坏光学元件，限制了窄线宽光纤放大器输出功率进一步提升。常见的sbs抑制方法一种是设计抑制光纤，一种是对光场的相位调制技术。sbs抑制光纤的设计和制备主要包括大模场光纤以及新型光纤的设计，通过适当的轮廓设计，在光纤的不同部分使用不同的掺杂剂(如geo2、p2o3、tio3、al2o3等)，以减少光场和声场之间的重叠积分控制sbs阈值；设计新型光纤，在一定程度上可以实现对sbs的有效抑制，但是其加工困难，掺杂物的成分和浓度难以准确控制。此外，改变光纤温度场和应力场分布也是抑制sbs的方法。对于温度场分布，在光纤放大器中，增益介质光纤吸收泵浦光时，一部分的能量将转化为热，使得光纤本身存在一种温度梯度分布；通过改变自身或外界温度情况，使得增益光纤中存在纵向分布的温度梯度，从而增加sbs增益带宽。对于应力场，施加纵向张力在增益光纤上，改变增益光纤内的声场，可以展宽sbs增益谱。然而该方案需要考虑不同光纤部分的温度和应力，大大增加了系统的复杂度，实际应用较为困难。
2、为实现更加简单有效的sbs抑制，国内外致力于对高功率窄线宽光纤激光器的单频种子源进行相位调制。通过相位调制展宽
3、相比于其他的抑制方法，相位调制技术抑制sbs，提升光纤激光器的输出功率的效果更为显著。目前常见的相位调制有白噪声(wns)相位调制、正弦相位调制、伪随机二进制序列(prbs)相位调制等，利用相位调制器对激光信号进行外调制，通过改变调制信号的幅度和频率，展宽种子源的线宽，获得高功率窄线宽光纤激光。
4、以wns和prbs为例，prbs码型可以用由时钟驱动的线性反馈移位寄存器产生，但prbs中总是存在长驻留时间，其会导致输出激光和后向斯托克斯光存在严重的时间波动，且响应时间等问题会影响激光功率水平。wns相位调制可将光谱带宽展宽至数十ghz，级联后甚至可将光谱展宽至百ghz，通过使用窄带低通滤波器可以实现对线宽的自由控制。wns调制易于实现，并且具有连续的功率谱密度；但白噪声是非周期信号，激光线宽将围绕基频均匀展宽。当线宽展宽较大时，布里渊增益谱峰值易与后向瑞利散射光发生重叠，使得sbs阈值降低。wns和prbs相位调制技术虽然在一定程度上抑制了sbs效应，提高了高功率窄线宽光纤激光器的输出功率；但wns和prbs所获得的光谱是近高斯形，载波与边带的谱功率密度差异较大，谱型的调节灵活度较低。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种高功率光纤激光器频谱线性调控优化方法，其基于相位调制的方法，通过种子源光谱形状控制和光谱加宽，提升sbs阈值；相对于高斯形光谱，近矩形光谱可以更高效地降低功率谱密度，进而可以更有效地抑制光纤激光器的sbs效应；在相同的线宽下，近矩形光谱可以获得最高的sbs阈值。
2、本专利技术公开了一种高功率光纤激光器频谱线性调控优化方法，包括：
3、定义目标谱和调制谱，基于目标谱和调制谱的差值构建代价函数；
4、定义多点的相位调制信号
5、在[-π，π]中搜索同时固定其他m-1个点，通过的变化，使代价函数最小；同时，依据相同的方法依次确定完成第一次迭代；
6、在第一次迭代所确定的的基础上，重新在[-π，π]中搜索同时固定其他m-1个点，通过的变化，使代价函数最小；同时，依据相同的方法依次确定完成第二次迭代；
7、依据上述方法重复迭代，直至代价函数达到稳定值，此时停止迭代，获得优化后的相位调制信号
8、将优化后的相位调制信号加载到光纤激光器光路中。
9、作为本专利技术的进一步改进，定义目标谱为矩形；同时，当目标谱为矩形时，调制谱也为矩形。
10、作为本专利技术的进一步改进，调制激光的调制谱表示为调制激光的傅里叶变换：
11、
12、式中，p(ν)为调制谱功率强度，ν表示激光频率，a0为激光光强，为激光相位分布，t为时间。
13、作为本专利技术的进一步改进，代价函数jm的表达式为：
14、
15、式中，j为1，2…，m，m为采样点个数，m为迭代次数。
16、作为本专利技术的进一步改进，根据奈奎斯特-香农采样定理(如果一个系统以超过信号最高频率至少两倍的速率对模拟信号进行均匀采样，那么原始模拟信号就能从采样产生的离散值中完全恢复)，设定调制信号带宽，采样率为调制信号带宽×2，设两相位点之间的频率间隔为f0。因此，采样点个数m＝[采样率/f0]+1。采样点个数由调制信号带宽和相位频率间隔决定。
17、作为本专利技术的进一步改进，定义jm≤0.004且(jm-jm-1)/jm≤0.0035时为迭代第m次的代价函数达到稳定；理想情况时，当代价函数jm＝0时，调制谱与目标谱完全一致。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
19、本专利技术通过将代价函数的值减小，使调制信号与目标信号趋于一致；在[-π，π]中，搜索的相位调制信号值会导致代价函数变化；因此，通过调整调制信号保证其与目标谱近似或一致，以确认其对sbs抑制效果；光谱形状与限制最大输出功率的sbs阈值直接相关，本专利技术的方法具有灵活和可配置的光谱，以优化相位调制光谱，提高sbs阈值和激光功率；优化后的相位调制信号生成后，带内平坦度和光谱连续性得到改善，并且相应地控制频谱形状；通过调整信号，可以独立设计采样率范围内的加宽频谱。
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1.一种高功率光纤激光器频谱线性调控优化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的高功率光纤激光器频谱线性调控优化方法，其特征在于，定义目标谱为矩形；同时，当目标谱为矩形时，调制谱也为矩形。
3.如权利要求2所述的高功率光纤激光器频谱线性调控优化方法，其特征在于，调制激光的调制谱表示为调制激光的傅里叶变换：
4.如权利要求1所述的高功率光纤激光器频谱线性调控优化方法，其特征在于，代价函数Jm的表达式为：
5.如权利要求1所述的高功率光纤激光器频谱线性调控优化方法，其特征在于，采样点个数M＝[采样率/f0]+1；其中，采样率为调制信号带宽×2，f0为两相位点之间的频率间隔。
6.如权利要求1所述的高功率光纤激光器频谱线性调控优化方法，其特征在于，定义Jm≤0.004且(Jm-Jm-1)/Jm≤0.0035时为迭代第m次的代价函数达到稳定。
【技术特征摘要】
1.一种高功率光纤激光器频谱线性调控优化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的高功率光纤激光器频谱线性调控优化方法，其特征在于，定义目标谱为矩形；同时，当目标谱为矩形时，调制谱也为矩形。
3.如权利要求2所述的高功率光纤激光器频谱线性调控优化方法，其特征在于，调制激光的调制谱表示为调制激光的傅里叶变换：
4.如权利要求1所述的高功率光纤激光器频谱线性调控优化...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘学胜，李盈，朱云，董霖，夏南辉，胡佳鹏，张天宇，刘友强，闫岸如，王智勇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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