專利名稱：基于雙池系統及混合介質測布里淵頻移及線寬的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是非線性光學領域，具體是一種利用雙池受激布里淵散射系統選用混合介質測待測介質的布里淵頻移及線寬的方法。
背景技術：
由于受激布里淵散射(SBS)具有相位共軛特性，能夠消除光傳輸過程中的相位畸變，提高光束質量，因此多年來SBS相位共軛理論及其實驗得到了廣泛地研究。不言而喻，散射介質對SBS特性有很大的影響。介質SBS參數是其SBS特性的重要標志，因此介質SBS參數的測定是一項很有意義的工作。以往通常使用法布里-珀羅干涉儀(Fabry-Perot干涉儀，簡稱F-P干涉儀)來測定介質布里淵頻移和線寬，F-P干涉儀具有分辨率和精度高等優(yōu)點。但是，F-P干涉儀受到帶寬的限制，即一種F-P干涉儀只能測量特定入射光波長情況下的介質布里淵頻移和線寬。因此，若想測量不同入射光波長情況下的介質布里淵頻移和線寬就需要不同的F-P干涉儀，這就給測量帶來不便，提高了測量的成本。這也是大部分SBS介質的布里淵線寬只測量了紅寶石激光器(波長為6943)時的值，而在其它入射光波長時的布里淵線寬還未測量的主要緣故。

發(fā)明內容
為了解決一種F-P干涉儀只能測量特定入射光波長情況下的介質的布里淵頻移及線寬，而要測量不同入射光波長情況下的介質布里淵頻移及線寬時需要選用多臺不同波長的F-P涉儀，這給測量帶來不便，及提高了測量成本的問題，本發(fā)明提供了一種基于雙池系統及混合介質測布里淵頻移及線寬的方法。
本發(fā)明的裝置采用公開號為CN1727979的中國專利的雙池受激布里淵散射系統來測量待測介質的測布里淵頻移及線寬。
本發(fā)明測量待測介質的測布里淵頻移及線寬的方法按以下步驟進行01步、選擇兩種布里淵介質，該兩種介質可混合成布里淵頻移可調的弱相互作用混合液；
02步、根據在下述公式(1)計算獲得第01步驟中第一種介質的體積分數與混合介質的布里淵頻移值的關系曲線， 上述公式(1)中，v為混合液的布里淵頻移值，λ為激光器1的入射光的波長，n1和n2分別為混合液中的兩種介質的折射率，ρ1和ρ2分別為混合液中的兩種介質的密度，M1和M2分別為混合液中兩種介質的分子量，1和2分別為混合液中兩種介質的體積比，x1和x2分別為混合液中兩種介質的摩爾分數，υ1和υ2分別為混合液中兩種介質的聲速，上述下腳標為1的是指第一種介質；03步、在放大池5中放入待測介質；04步、設定第01步驟中第一種介質的初始體積分數，該初始體積分數在1％～99％之間選擇；05步、在振蕩池7中按比例放入第01步驟中兩種介質混合而成弱相互作用混合液；06步、激光器1輸出的p偏振光依次通過偏振片2、1/4波片3后變成圓偏振光，所述圓偏振光通過第一凸透鏡4入射到放大池5中，第一凸透鏡4的焦點不在放大池5中，(其目的是對抽運光縮束以增強放大池中抽運光的強度)，從放大池5輸出的圓偏振光通過第二凸透鏡6聚焦后入射到振蕩池7中，所述圓偏振光在混合液中發(fā)生受激布里淵散射并產生Stokes種子光，所述Stokes種子光沿原路從振蕩池7中輸出，第二凸透鏡6的焦點L處于振蕩池7中；07步、測量上述從振蕩池7輸出的Stokes種子光的能量Ein；08步、使上述從振蕩池7輸出的Stokes種子光沿原路依次通過第二凸透鏡6、放大池5、第一凸透鏡4、1/4波片3的傳輸后，在1/4波片3的光輸出端獲得s偏振光，所述s偏振光通過偏振片2反射后被光束檢測裝置8接收；09步、測量上述光束檢測裝置8接收到的Stokes種子光的能量Eout；10步、根據下述公式(2)獲得放大池5中待測介質的增益系數，g＝Aln(Eout/Ein)2LEp(2)上式中，g為放大池5中介質的增益系數，tp為激光器1輸出的抽運光的脈沖寬度，A為激光器1輸出的抽運光的光束截面積，Ep為激光器1輸出的抽運光的能量；11步、調整第01步驟中第一種介質在振蕩池7中的體積分數；12步、判斷第01步驟中第一種介質在振蕩池7中的體積分數是否為99％，若第12步結果為否，則重復執(zhí)行05步至12步；若第12步結果為是，則執(zhí)行13步根據上述計算獲得的第01步驟中第一種介質在振蕩池7中的不同體積分數所對應的待測介質的增益系數，繪制待測介質的增益系數隨混合介質中第一介質的體積分數的變化曲線；14步、根據第13步驟中獲得的待測介質的增益系數隨混合介質中第一介質的體積分數的變化曲線查看待測介質的增益系數為最大值時混合介質中第一介質的體積分數，然后查看第02步驟中獲得的第01步驟中第一種介質的體積分數與混合介質的布里淵頻移值得關系曲線中此時的第一介質的體積分數所對應的混合介質的布里淵頻移值，即待測介質的布里淵頻移值；15步、從第02步驟中獲得的第01步驟中第一種介質的體積分數與混合介質的布里淵頻移值得關系曲線中，查看第13步驟中獲得的待測介質的增益系數隨混合介質中第一介質體積分數的變化曲線中每一個測量過的第一介質的體積分數所對應的混合介質的布里淵頻移值，然后將每一個測量過的第一介質的體積分數所對應的混合介質的布里淵頻移值分別與第14步驟所獲得待測介質的布里淵頻移值相減獲得每一次測量的混合介質的布里淵頻移偏差值，最后以獲得的布里淵頻移偏差值為橫坐標、第13步驟獲得的曲線中待測介質的增益系數為縱坐標繪制洛侖茲變化曲線，該洛侖茲變化曲線的半高處的線寬為待測介質的布里淵線寬；若選擇另一入射波長，則重復執(zhí)行01步至15步，從而獲得另一入射波長下的待測介質的布里淵頻移及線寬。07步和09步可隨需要調整其先后順序。為了獲得較寬的測量范圍，第01步驟中選用的兩種介質，其中一種介質的布里淵頻移小，另一種介質的布里淵頻移大，也就是說第01步驟中選用的布里淵頻移相差較大的介質。
工作原理在雙池受激布里淵散射系統中，介質增益因子由兩部分組成，其中第一部分是電致伸縮的貢獻，另一部分是吸收的貢獻。由于放大池中需要選用吸收系數小的介質，因此可忽略吸收對增益的貢獻，此時介質增益系數g由下述方程(3)給出g=gmaxe11+(2Δv/Γ)2---(3)]]>上式中gemax為電致伸縮增益因子；Δv為放大池介質和振蕩池介質布里淵頻移的偏離(Δv＝|v1-v2|，v1為放大池介質的布里淵頻移，v2為振蕩池介質的布里淵頻移)；Γ為放大池介質的布里淵線寬。從方程(3)可知介質的增益系數隨布里淵頻移偏移成洛侖茲變化曲線，當Δv＝0時，g＝gemax；當Δv≠0時，g＜gemax；即放大池介質和振蕩池介質的布里淵頻移相同時，放大池介質的增益系數出現最大值，也就是說放大池介質的布里淵頻移與放大池介質的增益系數的最大值相對應。根據上述方程(3)還可以得知，上述洛侖茲變化曲線半高處的線寬，即g/2(即gemax/2)處所對應的曲線寬為放大池介質的布里淵線寬Γ。
本發(fā)明基于上述原理，在緊湊雙池SBS系統的放大池中放入待測介質，在振蕩池中放入由兩種介質混合而成的布里淵頻移可調的弱相互作用混合介質，然后調節(jié)振蕩池中混合介質的混合比，繪制放大池待測介質增益系數隨混合比的曲線關系，最后再將該曲線轉換為具有洛倫茲函數關系的放大池待測介質增益系數隨放大池介質和振蕩池介質布里淵頻移偏離而變化的曲線，從而根據該洛倫茲變化曲線，其峰值處對應待測介質的布里淵頻移，其半高處的線寬為待測介質的布里淵線寬。本發(fā)明先進行02步計算獲得第一種介質的體積分數與混合介質的布里淵頻移值的關系曲線，是為了避免在后續(xù)14步和15步時還要針對每一個體積分數進行計算，節(jié)省了時間、提高了效率。
本發(fā)明的測量不同入射光波長情況下的介質布里淵頻移及線寬的方法不受入射光波長的限制，而且精度高、操作簡單、成本低。


圖1是本發(fā)明的雙池受激布里淵散射系統的結構示意圖；圖2是激光器1輸出特定波長時，本發(fā)明測量待測介質的布里淵頻移及線寬的流程圖；圖3是具體實施方式
一的C2Cl4的增益系數隨CCl4的體積分數的變化曲線；圖4是具體實施方式
一的C2Cl4的增益系數隨布里淵頻移偏移值的變化曲線；圖5是具體實施方式
一的混合介質的布里淵頻移值隨CCl4的體積分數的變化曲線。
具體實施例方式
具體實施方式
一參見圖1至圖2，本具體實施方式
測量待測介質的測布里淵頻移及線寬的方法按以下步驟進行01步、選擇兩種布里淵介質CCl4和C6H6，該兩種介質可混合成布里淵頻移可調的弱相互作用混合液；02步、根據在下述公式(1)計算獲得上述CCl4的體積分數與混合介質的布里淵頻移值的關系曲線，如圖5所示， 上述公式(1)中，v為混合液的布里淵頻移值，λ為激光器1的入射光的波長，n1和n2分別為混合液中的兩種介質的折射率，ρ1和ρ2分別為混合液中的兩種介質的密度，M1和M2分別為混合液中兩種介質的分子量，1和2分別為混合液中兩種介質的體積比，x1和x2分別為混合液中兩種介質的摩爾分數，υ1和υ2分別為混合液中兩種介質的聲速，上述下腳標為1的是指第一種介質；03步、在放大池5中放入待測介質C2Cl4；04步、設定CCl4的初始體積分數為65％，該初始體積分數在1％～99％之間選擇；05步、在振蕩池7中按比例放入CCl4和C6H6混合而成弱相互作用混合液；06步、激光器1輸出的p偏振光依次通過偏振片2、1/4波片3后變成圓偏振光，所述圓偏振光通過第一凸透鏡4入射到放大池5中，第一凸透鏡4的焦點不在放大池5中，從放大池5輸出的圓偏振光通過第二凸透鏡6聚焦后入射到振蕩池7中，所述圓偏振光在混合液中發(fā)生受激布里淵散射并產生Stokes種子光，所述Stokes種子光沿原路從振蕩池7中輸出，第二凸透鏡6的焦點L處于振蕩池7中；07步、測量上述從振蕩池7輸出的Stokes種子光的能量Ein；08步、使上述從振蕩池7輸出的Stokes種子光沿原路依次通過第二凸透鏡6、放大池5、第一凸透鏡4、1/4波片3的傳輸后，在1/4波片3的光輸出端獲得s偏振光，所述s偏振光通過偏振片2反射后被光束檢測裝置8接收；09步、測量上述光束檢測裝置8接收到的Stokes種子光的能量Eout；10步、根據下述公式(2)獲得放大池5中待測介質C2Cl4的增益系數，g＝Aln(Eout/Ein)/2LEp(2)上式中，g為放大池5中介質的增益系數，tp為激光器1輸出的抽運光的脈沖寬度，A為激光器1輸出的抽運光的光束截面積，Ep為激光器1輸出的抽運光的能量；11步、調整CCl4在振蕩池7中的體積分數，即每循環(huán)一次體積分數增加5％；12步、判斷CCl4在振蕩池7中的體積分數是否為99％，若第12步結果為否，則重復執(zhí)行05步至12步；若第12步結果為是，則執(zhí)行13步根據上述計算獲得的CCl4在振蕩池7中的不同體積分數(即65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％)所對應的待測介質的增益系數，繪制待測介質C2Cl4的增益系數隨混合介質中CCl4的體積分數的變化曲線，如圖3所示；14步、根據第13步驟中獲得的待測介質C2Cl4的增益系數隨混合介質中CCl4的體積分數的變化曲線(圖3)查看待測介質C2Cl4的增益系數為最大值6cm/GW時混合介質中CCl4的體積分數為82％，然后查看第02步驟中獲得的第01步驟中CCl4的體積分數與混合介質的布里淵頻移值得關系曲線(圖5)中此時的CCl4的體積分數82％所對應的混合介質的布里淵頻移值為2993MHZ，即待測介質C2Cl4的布里淵頻移值為2993MHZ；15步、從第02步驟中獲得的第01步驟中CCl4的體積分數與混合介質的布里淵頻移值得關系曲線中，查看第13步驟中獲得的待測介質C2Cl4的增益系數隨混合介質中第一介質體積分數的變化曲線(圖3)中每一個測量過的CCl4的體積分數(即65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％)所對應的混合介質的布里淵頻移值，然后將每一個測量過的CCl4的體積分數所對應的混合介質的布里淵頻移值分別與第14步驟所獲得待測介質C2Cl4的布里淵頻移值2993MHZ相減獲得每一次測量的混合介質的布里淵頻移偏差值(該偏差有正有負，曲線峰值左側的為負偏差、曲線峰值右側的為正偏差)，最后以獲得的布里淵頻移偏差值為橫坐標、第13步驟獲得的曲線(圖3)中待測介質C2Cl4的增益系數為縱坐標繪制洛侖茲變化曲線，如圖4所示，該洛侖茲變化曲線的半高處(就是曲線的縱坐標從零開始到曲線峰值的一半處)的線寬為待測介質C2Cl4的布里淵線寬，即389MHZ；上述過程中，入射波長為1.064μm；若選擇另一入射波長，則重復執(zhí)行01步至15步，從而獲得另一入射波長下的待測介質C2Cl4的布里淵頻移及線寬。07步和09步可隨需要調整其先后順序。
本具體實施方式
的Stokes種子光的能量Eout、Ein和激光器1輸出的抽運光的能量采用能量計ED200探測；而其脈沖波形用PIN光電二極管探測，并用數字示波器TDS684A來記錄；激光器1選用Nd:YAG調Q激光器；振蕩池7長30厘米，放大池5長60厘米，第一凸透鏡4的焦距為80厘米，第二凸透鏡6的焦距為5厘米；偏振片2與激光器1內的偏振片平行放置。采用本具體實施方式
測量的待測介質C2Cl4的布里淵線寬為389MHZ，相對誤差為3.4％；布里淵頻移為2993MHZ，相對誤差為0.8％。
本具體實施方式
在獲得圖3所示的曲線時，每一個CCl4的體積分數都對應進行了10次測量，然后在利用軟件Origin7.0進行曲線擬合。所以，對于獲得混合液中第一種介質的一個體積分數所對應待測介質的增益系數時，采用至少兩次測量取平均值的方法確定一個體積分數所對應的待測介質增益系數的最終值，用于提高測量精度。
具體實施方式
二參見圖1至圖2，本具體實施方式
與具體實施方式
一的不同點是振蕩池7放置在恒溫槽內。這樣做是為了消除或降低溫度對測量的影響，減小測量誤差。其他步驟與具體實施方式
一相同。對于消除溫度所帶來的誤差，還可以采用混合介質的聲速溫度系數校正混合介質的聲速的方法。
權利要求
1.基于雙池系統及混合介質測布里淵頻移及線寬的方法，其特征在于所述方法按以下步驟進行(01)步、選擇兩種布里淵介質，該兩種介質可混合成布里淵頻移可調的弱相互作用混合液；(02)步、根據在下述公式(1)計算獲得第(01)步驟中第一種介質的體積分數與混合介質的布里淵頻移值的關系曲線， 上述公式(1)中，v為混合液的布里淵頻移值，λ為激光器(1)的入射光的波長，n1和n2分別為混合液中的兩種介質的折射率，ρ1和ρ2分別為混合液中的兩種介質的密度，M1和M2分別為混合液中兩種介質的分子量，1和2分別為混合液中兩種介質的體積比，x1和x2分別為混合液中兩種介質的摩爾分數，υ1和υ2分別為混合液中兩種介質的聲速，上述下腳標為1的是指第一種介質；(03)步、在放大池(5)中放入待測介質；(04)步、設定第(01)步驟中第一種介質的初始體積分數，該初始體積分數在1％～99％之間選擇；(05)步、在振蕩池(7)中按比例放入第(01)步驟中兩種介質混合而成弱相互作用混合液；(06)步、激光器(1)輸出的p偏振光依次通過偏振片(2)、1/4波片(3)后變成圓偏振光，所述圓偏振光通過第一凸透鏡(4)入射到放大池(5)中，第一凸透鏡(4)的焦點不在放大池(5)中，從放大池(5)輸出的圓偏振光通過第二凸透鏡(6)聚焦后入射到振蕩池(7)中，所述圓偏振光在混合液中發(fā)生受激布里淵散射并產生Stokes種子光，所述Stokes種子光沿原路從振蕩池(7)中輸出，第二凸透鏡(6)的焦點(L)處于振蕩池(7)中；(07)步、測量上述從振蕩池(7)輸出的Stokes種子光的能量Ein；(08)步、使上述從振蕩池(7)輸出的Stokes種子光沿原路依次通過第二凸透鏡(6)、放大池(5)、第一凸透鏡(4)、1/4波片(3)的傳輸后，在1/4波片(3)的光輸出端獲得s偏振光，所述s偏振光通過偏振片(2)反射后被光束檢測裝置(8)接收；(09)步、測量上述光束檢測裝置(8)接收到的Stokes種子光的能量Eout；(10)步、根據下述公式(2)獲得放大池(5)中待測介質的增益系數，g＝Aln(Eout/Ein)/2LEp(2)上式中，g為放大池(5)中介質的增益系數，tp為激光器(1)輸出的抽運光的脈沖寬度，A為激光器(1)輸出的抽運光的光束截面積，Ep為激光器(1)輸出的抽運光的能量；(11)步、調整第(01)步驟中第一種介質在振蕩池(7)中的體積分數；(12)步、判斷第(01)步驟中第一種介質在振蕩池(7)中的體積分數是否為99％，若第(12)步結果為否，則重復執(zhí)行(05)步至(12)步；若第(12)步結果為是，則執(zhí)行(13)步根據上述計算獲得的第(01)步驟中第一種介質在振蕩池(7)中的不同體積分數所對應的待測介質的增益系數，繪制待測介質的增益系數隨混合介質中第一介質的體積分數的變化曲線；(14)步、根據第(13)步驟中獲得的待測介質的增益系數隨混合介質中第一介質的體積分數的變化曲線查看待測介質的增益系數為最大值時混合介質中第一介質的體積分數，然后查看第(02)步驟中獲得的第(01)步驟中第一種介質的體積分數與混合介質的布里淵頻移值得關系曲線中此時的第一介質的體積分數所對應的混合介質的布里淵頻移值，即待測介質的布里淵頻移值；(15)步、從第(02)步驟中獲得的第(01)步驟中第一種介質的體積分數與混合介質的布里淵頻移值得關系曲線中，查看第(13)步驟中獲得的待測介質的增益系數隨混合介質中第一介質體積分數的變化曲線中每一個測量過的第一介質的體積分數所對應的混合介質的布里淵頻移值，然后將每一個測量過的第一介質的體積分數所對應的混合介質的布里淵頻移值分別與第(14)步驟所獲得待測介質的布里淵頻移值相減獲得每一次測量的混合介質的布里淵頻移偏差值，最后以獲得的布里淵頻移偏差值為橫坐標、第(13)步驟獲得的曲線中待測介質的增益系數為縱坐標繪制洛侖茲變化曲線，該洛侖茲變化曲線的半高處的線寬為待測介質的布里淵線寬；若選擇另一入射波長，則重復執(zhí)行(01)步至(15)步，從而獲得另一入射波長下的待測介質的布里淵頻移及線寬。
2.根據權利要求1所述的基于雙池系統及混合介質測布里淵頻移及線寬的方法，其特征在于所述振蕩池(7)放置在恒溫槽內。
3.根據權利要求1或2所述的基于雙池系統及混合介質測布里淵頻移及線寬的方法，其特征在于對于獲得混合液中第一種介質的一個體積分數所對應待測介質的增益系數時，采用至少兩次測量取平均值的方法確定一個體積分數所對應的待測介質增益系數的最終值。
全文摘要
基于雙池系統及混合介質測布里淵頻移及線寬的方法，它涉及的是非線性光學領域，它解決了一種F－P干涉儀只能測量特定入射光波長情況下的介質的布里淵頻移及線寬，從而給測量帶來不便的問題。它的步驟為(01)步、選擇兩種布里淵介質，該兩種介質可混合成布里淵頻移可調的弱相互作用混合液；(02)步、根據在下述公式(1)計算獲得第(01)步驟中第一種介質的體積分數與混合介質的布里淵頻移值的關系曲線；(03)步、在放大池(5)中放入待測介質；(04)步、設定第(01)步驟中第一種介質的初始體積分數。本發(fā)明的測量不同入射光波長情況下的介質布里淵頻移及線寬的方法不受入射光波長的限制，而且精度高、操作簡單、成本低。
文檔編號G02F1/39GK1869800SQ20061001019
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月21日 優(yōu)先權日2006年6月21日
發(fā)明者呂志偉, 哈斯烏力吉, 王雨雷 申請人:哈爾濱工業(yè)大學