Glasfaser-SBS-Spiegel

Eine der einfachsten Möglichkeiten eine niedrige SBS-Schwelle zu erzielen, ist die Verwendung von Wellenleitern als SBS-Medium. Betrachtet man die Gleichung für die stationäre SBS-Schwelle, dann ist ersichtlich, dass mit Wellenleitern, die einen kleinen Querschnitt und eine große Länge haben, sehr kleine Schwellen möglich sind.

Der meist verbreitete Wellenleiter in der Optik sind Glasfasern. Sie sind preiswert, einfach handhabbar und in einer Vielzahl von Abmessungen erhältlich. Die optimalen Abmessungen, d.h. optimaler Kerndurchmesser und optimale Länge werden von dem Eigenschaften des eingestrahlten Lichtes bestimmt. Die Kohärenzlänge des Lichtes gibt die optimale Faserlänge vor, und die Strahlqualität des Lichtes den optimalen Kerndurchmesser.

In der folgenden Abbildung ist der Reflexionsverlauf der SBS als Funktion der eingestrahlten mittleren Leistung dargestellt. Die verwendete Faser hatte einen Kerndurchmesser von 50 µm und eine Länge von 47 m. Die Schwelle bezogen auf die mittlere Leistung betrug nur 112 mW dieses entspricht bei einer Wiederholrate von 5 kHz und einer Pulsdauer von 220 ns einer Pulsspitzenleistung von 102 W.

Mit der selben Faser sind aber auch noch deutlich niedrigere Schwellen bezogen auf die Pulsspitzenleistung zu erzielen. Die Schwelle sinkt proportional zur reziproken Pulsdauer (siehe Abbildung). Hinter diesem Verhalten steht die direkte Abhängigkeit der maximalen Wechselwirkungslänge von der Pulsdauer. Als rote Linie(Grenzwert) ist noch der Schwellwert eingetragen, der sich aus der Gleichung für die stationäre SBS-Schwelle ergibt.

Für kurze Fasern, d.h. Faserlängen deutlich unter 10 m ist das Reflexionsverhalten noch nahezu identisch zu dem bei den langen Fasern. Ein Problem aber ist, das man nur eine sehr begrenzte Pulsenergie einstrahlen kann, da es sonst eine Zerstörung der Faserendfläche kommen kann.

Der Dynamikbereich, der Energiebereich zwischen SBS-Schwelle und Zerstörung der Faserendfläche ist unabhängig vom Faserquerschnitt und skaliert nur mit der Länge der Faser. Bei einer 2 m langen Faser ist der Dynamikbereich 1:20 und die maximale Reflexion der Faser ist auf 80 % beschränkt. Um diese Grenze zu überwinden, haben wir eine besondere Faserform erfunden, die intern getaperte Faser oder auch den SBS-Generator-Verstärker-Spiegel.