基于声光频移的主动式宽频带高精度布里渊Stokes种子光产生技术研究

Stimulated Brillouin Scattering is applied in high power and repetition frequency pulse laser due to its characteristics of pulse compression and Brillouin amplification. Traditional Stokes seed light is generated by the noise of self-excited SBS, which is usually caused focus of laser getting through a lens. This traditional method of obtain Stokes seed light is a passive way, which will cause the optical breakdown of SBS medium and generate other nonlinear optical effects. Frequency interval between Stokes and pump is too small which will cause the output Stokes seed light to be fluctuant, and will affects the efficiency of Stokes light absorbing pump light. The research team of the applicant used a single acoustic optic crystal to shift the frequency of the short pulse, which is used as Stokes seed light, and obtained a frequency interval of 1.5 GHz. In this project, we proposed to use two reverse-cascade acoustic-optic crystals for Stokes frequency shift and construct a double frequency shift system to achieve frequency interval of 2 GHz between Stokes and Pump light, and the frequency shift accuracy reached 10 MHz. By utilizing synchronous cascade system, the fluctuation of fiducial synchronous control signal can be ensured to be less than 500 ps and resolution adjustment is 250 ps. Active generated Stokes seed light has good stability and has important application potential not only in high power laser field, but also in optical fiber sensing, phase conjugation and other fields.

受激布里渊散射（SBS）由于具有脉冲压缩和布里渊放大特性，被应用在大能量、高重频脉冲激光器中。传统Stokes种子光是由激光通过透镜聚焦后发生的自激SBS中的噪声产生，这种产生方式会引起SBS介质的光学击穿和其他的非线性光学效应，造成输出的Stokes种子光具有抖动性，而且与泵浦光频率间隔过小，影响Stokes种子光对泵浦光的抽运效率。申请人所在团队利用单片声光晶体对短脉冲进行频移后作为Stokes种子光，实现了与泵浦光1.5GHz的频率间隔。本项目中我们提出利用反向级联声光晶体进行Stokes频移，实现种子光与泵浦光频率间隔2GHz，且频移精度达到10MHz。利用同步机级联系统，保证基准同步控制信号抖动小于500ps，调节分辨率250ps。这种主动产生的Stokes种子光具有很好的稳定性，不仅在高功率激光领域，在光纤传感、相位共轭等领域均有重要的应用潜力。

自受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）被发现以来，由于其具有脉冲压缩和布里渊放大特性，SBS逐步被应用在大能量激光系统中。在高重频、大能量的SBS组束激光器中，Stokes光可作为种子光，多路Stokes种子光吸收泵浦光后合束，可实现组束放大。传统的SBS中Stokes种子光为被动式产生，高能泵浦光聚焦到SBS介质上，光波产生的电致伸缩效应在介质内激发超声波，入射光受超声波散射而产生Stokes种子光。这种被动产生Stokes种子光的形式，会由于泵浦光的超高功率引起介质击穿和非线性效应，造成输出的Stokes种子光具有幅度和时间抖动性，无法应用在大能量激光系统中。为解决此问题，本项目提出一种高精度宽频带的主动式Stokes种子光产生技术。该技术以反向级联声光晶体为主要频移手段，设计双频移环结构，输出双脉冲的脉冲对，脉冲对的时序间隔、脉宽、幅度、频率间隔均可调制，两个脉冲可分别作为SBS组束激光的Stokes种子光和Pump光。结合高精度逻辑门电路、精细延时控制技术，构建同步控制系统，实现高稳定性的主动式Stokes种子光与Pump光双脉冲输出。.项目研究了级联声光晶体的输出频率与晶体工作频率的关系，作为频移环路的工作机理，构建双频移环路，通过同步机控制系统，实现Stokes种子光和Pump光的频率间隔精确可控。最终实现了脉冲宽度100 ps-50ns可调，频移精度1 MHz，频移范围0-2GHz可调，同步机输出的触发信号抖动小于500 ps，同步机调节分辨率小于250ps的双频脉冲激光器。.项目完成的双频脉冲激光器，提出了主动频移的Stokes种子光产生技术，解决了大角度布里渊放大增益下降的问题。脉宽分别控制在百皮秒量级和纳秒量级，百皮秒量级做Stokes种子光，纳秒作为泵浦光，能够保证SBS过程中，Stokes信号光充分提取泵浦光能量，而且Stokes光脉宽保持不变，实现能量从高能量长脉冲向百皮秒脉冲转化。主动产生的宽频带高精度Stokes种子光有望在大能量高重频激光器、光纤传感、激光组束、脉冲压缩等方面取得重要的应用。

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