SBS-Generator-Verstärker-SBS-Spiegel

Soll Licht mit geringer Kohärenzlänge phasenkonjugiert werden, ist die maximale Wechselwirkungslänge nur kurz und damit auch herkömmliche Glasfaser-SBS-Spiegel nur bedingt einsetzbar. Zur Vergrößerung des Dynamikbereiches und zur gleichzeitig damit verbundenen Steigerung der Reflexion hat sich bei der SBS in Bulkmedien ein Verfahren durchgesetzt, bei dem zwei SBS-Zellen mit unterschiedlichen Wechselwirkungsgeometrien hintereinander verwendet werden. Die beiden Zellen werden wegen ihres unterschiedlichen Verhaltens bezüglich der SBS als SBS-Verstärker und als SBS-Generator bezeichnet.

Aufgrund der unterschiedlichen Wechselwirkungsquerschnitte in den beiden Zellen, ist die Brillouin-Verstärkung im Generator Gg deutlich größer als in dem Verstärker Gv. Das Funktionsprinzip einer solchen Anordnung kann wie folgt beschrieben werden: Die größere Brillouin-Verstärkung in der Generatorzelle bewirkt, dass schon bei einer geringen Energie der ansteigenden Flanke des Pumppulses ein Stokessignal erzeugt wird. Dieses schwache Signal initialisiert als Seedpuls die SBS in der Verstärkerzelle, wird dann verstärkt und wächst schnell auf das Maß des Pumppulses an. Für die Verstärkung des Seedsignals reicht schon eine geringe Brillouin-Verstärkung GV aus, da die SBS in der Verstärkerzelle nicht mehr aus dem Rauschen heraus wachsen muß. Die mit dem Anwachsen des Stokespulses verbundene Entleerung des Pumppulses in der Verstärkerzelle schützt wiederum den Generator vor zu hohen Spitzenintensitäten, die zu optischen Durchbrüchen führen können. Daher kann ein PCM, der nach dem Generator-Verstärker-Prinzip aufgebaut ist, mit einer sehr viel höheren Energie belastet werden als ein PCM, der nur aus einer Zelle besteht Form der SBS-Generator-Verstärker Faser:

Die Übertragung des Generator-Verstärker-Prinzips auf die Glasfasern bedeutet im wesentlichen ein Heraufsetzen der Zerstörgrenze der Faser durch eine große Eintrittsfläche und gleichzeitig eine niedrige SBS-Schwelle durch einen geringen Kerndurchmesser im Generator. Eine mögliche Realisierung ergibt sich, wenn eine Faser verwendet wird, die aus zwei Bereichen mit unterschiedlichen Kerndurchmessern besteht. Die beiden Bereiche sind mit einem Taper, einer trichterförmigen Verjüngung des Durchmessers verbunden (siehe Abb.). Der vordere Bereich der Faser mit dem größeren Kerndurchmesser wirkt als SBS-Verstärker, der hintere, kleinere als SBS-Generator. Die Maße der realisierten Faser sind: Gesamtlänge = 1 m, Taper = 5 cm, Verstärkerlänge = 45 cm, Generatorlänge 50 cm und die jeweiligen Kerndurchmesser waren 100 µm und 20 µm. Der gemessene Reflexionsgrad der GV-Faser ist in der folgenden Abbildung über der Eingangsenergie aufgetragen.

Die Schwellenergie wurde zu 15 µJ ± 20% bestimmt. Schon bei einem 15-fachen der Schwellenergie beträgt die Reflexion 80%. Danach sättigt die Reflexion zunehmend, so dass ab einer Eingangsenergie von 0,5 mJ die Reflexion nahezu konstant ist. Es wird ein maximaler Reflexionsgrad von 92% erreicht. Berücksichtigt man bei diesem Reflexionsgrad noch die Reflexion der Eintrittsfläche von 3,5 % so ergibt sich ein interner Reflexionsgrad von nahezu 100 %. Die Reflexion der Faser wird also nur von den Verlusten an der Eintrittsfläche limitiert. Belastet wurde die GV-Faser bis zu einer Energie von 4 mJ, ohne dass eine Beschädigung an der Endfläche oder im Taper auftrat. Wird dieser Energiewert wieder mit der Schwellenergie Eth verglichen, ergibt sich ein Dynamikbereich von 268 x Eth. Gegenüber der herkömmlichen Glasfaser bedeutet das eine Vergrößerung des Dynamikbereiches um einen Faktor von über 13. Die gemessene Fernfeld-Fidelity ist über den gesamten Energiebereich nahezu konstant und hat einen Wert von ca. 0,95. Von weiterem Interesse ist das Reflexionsverhalten bei Licht mit geringer Kohärenzlänge. Bei Pulsen mit einer spektralen Bandbreite von 1,5 GHz hat sich das Reflexionsverhalten nur geringfügig gegenüber dem Single- Longitudinalmode-Fall verändert. Die Schwelle liegt bei 25 µJ und es wird ein maximaler Reflexionsgrad von über 80% erreicht.