声波导单模光纤中后向受激布里渊散射的声模分析

本文推导了单模光纤中的声波亥姆霍兹方程,利用分离变量法求解并获得正规声波导导模的特征方程,定义了声模的归一化频率,结合贝塞尔函数的宗量近似分析了声波模式的特征值范围、截止频率和远离截止,探讨了声模的色散和布里渊增益谱的多峰成因.研究结果表明单模光纤中纵向声波基模L01模无截止,主要被限制在纤芯中,与光基模耦合形成布里渊增益谱的主峰;高阶声模都存在低频截止,在包层分布比基模多,与LP_(01)模耦合形成布里渊增益谱的次峰.只有纵向L_(0n)声模对后向布里渊增益谱有贡献,纤芯掺锗浓度增大能使布里渊增益谱发生红移,声模数量增多,L_(01)模的增益峰值逐渐变大而高阶模的贡献减小.泵浦波长为1.55μm,纤芯掺锗浓度3.65%、纤芯半径4.2μm的单模光纤存在4个L_(0n)和16个L_(mn)(m>0)声模,声模L_(01),L_(03),L_(04)与光模LP_(01)声光耦合产生布里渊增益谱的1个主峰和2个弱峰;纤芯掺锗浓度15%,纤芯半径1.3μm的单模光纤存在3个L_(0n)模和7个L_(mn)(m>0)模,L_(01),L_(02),L_(03)模与LP_(01)模声光耦合使得布里渊增益谱呈现3个主峰.这些结论可以完全解释相应的实验现象,也为光纤SBS声波导研究及应用提供理论参考.

双包层掺铥光纤放大器中的受激布里渊散射

理论分析了波长为2μm的掺铥光纤放大器中受激布里渊散射(SBS)对激光输出性能的影响,研究了双包层掺铥光纤在793 nm的泵浦波长和1.9~2.1μm的激光工作波段的光模分布、有效折射率、有效模场面积和归一化频率,数值计算了在1.9~2.1μm的激光工作波段双包层掺铥光纤中的布里渊频移和布里渊增益谱等SBS特性。利用增益光纤中的受激布里渊散射理论模型,研究了受激布里渊散射对掺铥光纤放大器激光输出性能的影响。在DTDF-10/130双包层掺铥光纤中,使用功率为100 W、波长为793 nm的连续光作为泵浦,可对波长为2μm、功率为0.01 W的连续信号光进行放大。当泵浦光功率填充因子为0.01、0.02和0.03时,信号光的最大输出功率分别为25.27 W、31.08 W和34.06 W。对应的最佳双包层光纤长度为2.66 m、2.02 m和1.75 m,由受激布里渊散射产生的斯托克斯光功率分别为1.68 W、1.39 W和1.14 W。结果表明,在掺铥光纤放大器中使用泵浦光功率填充因子大的双包层光纤可以降低光纤长度,从而减小受激布里渊散射对信号激光输出功率的影响。本文的数值模型可以对光纤放大器的光纤长度进行优化,对提高实验效率、降低实验成本具有重要价值。

带空气狭缝倒置结构的脊型硫系光波导后向受激布里渊散射研究

受激布里渊散射效应具有光谱线宽窄、频率稳定和增益方向敏感等优点,常用于激光器,慢光产生和微波光子滤波器等.本文基于As_(2)S_(3)硫系玻璃、以SiO_(2)为衬底设计了一种亚微米尺寸的带空气狭缝倒置结构脊型波导结构,具有高达8.22×10^(4)W^(–1)·m^(–1)的后向受激布里渊散射增益系数.研究显示在该结构的同种光学和声学模式下,更小的声光场有效模场面积具有更高的后向受激布里渊散射增益系数.还分析了硫系玻璃的光学损耗对后向受激布里渊散射的影响,发现当波导长度超过最优值后,斯托克斯光波功率开始下降,而增大泵浦光功率不仅可以提高斯托克斯光波功率的极大值,同时还会增大波导长度的最优值.当所输入的泵浦光功率为20 mW时,受激布里渊散射增益达到100 d B波导长度仅需要2 cm,这非常有利于光子器件的片上集成.

利用局部受激散射提升布里渊光时域反射系统性能

分布式光纤传感技术在工程领域中逐渐得到大规模应用,为了简化传感解调模式以提高光纤监测方案的工程便捷性和可行性,在降低光纤监测成本的同时提高监测的精度和准确性,提出了一种基于局部受激散射的布里渊光时域反射系统。在采取光纤单端探测以满足工程便捷使用要求的基础上,利用连续泵浦光的自发布里渊散射与系统中的探测脉冲光作用,通过自发布里渊散射系统中产生的局部受激布里渊散射模式,来提升布里渊光时域反射仪的传感距离和测温精度。通过此方法,可使原低成本布里渊光纤传感系统在使用宽度为100 ns的常用探测光脉冲基础上,将2.7 km测温光缆的末端测温精度提升至±1.27℃,提升了283%,改善了系统的测温精度和传感距离,且该结构不额外增加运算时间及其他冗余光电器件。与传统相干探测结构相比,该系统为改善低成本建筑工地专用布里渊光时域反射仪的性能提供了一种途径,尽量满足当前阶段建筑工程领域对超低成本分布式光纤解调仪的应用需求。

耦合环辅助多模光纤受激布里渊散射阈值分析

为了降低模间串扰,提出了一种耦合环辅助多模光纤结构,通过仿真软件对其结构进行建模,并建立了其受激布里渊散射增益谱的数学模型;理论分析了耦合环辅助多模光纤的受激布里渊散射阈值以及光纤参量和模式对受激布里渊散射光谱阈值的影响,并通过了仿真实验验证。结果表明,耦合环辅助多模光纤增大关键模式有效折射率差值为原来的1.75倍,可有效抑制模间串扰;受激布里渊散射光谱阈值跟随光纤长度的增加,从急剧下降变至缓慢,最终在18 km处趋于定值30 dBm;在其它条件不变的情况下,阈值随着衰减系数、纤芯的有效截面积和光纤模式阶数的增加呈线性关系增加,随着纤芯半径的增加呈指数形式增长。该研究为提升光纤通信系统的传输距离和信道容量提供了理论参考。

基于受激布里渊散射的二倍频光电振荡器

为了打破器件带宽限制,提高光电振荡器(optoelectronic oscillator, OEO)的频率范围,设计了一种基于受激布里渊散射的二倍频光电振荡器。系统并联了相位调制器(phase modulator, PM)和双平行马赫曾德尔调制器(dual parallel Mach Zender modulator, DP-MZM),利用受激布里渊散射效应(stimulated Brillouin scattering,SBS)实现相位调制器的相位转幅度调制;打破±1阶边带平衡,利用光电探测器(photodetector, PD)拍频得到基频10 GHz信号;驱动DP-MZM,使其工作在最小传输点,实现载波抑制双边带调制(double side band with suppressed carrier, DSB-SC)产生二倍频20 GHz信号。实验结果显示,所设计的振荡器在OEO环路中基频信号为10 GHz的情况下,产生了20 GHz的二倍频信号,通过分析其边模抑制比性能、频率功率稳定性及相位噪声对系统性能进行验证。

基于双光频梳及受激布里渊散射的微波频率测量

提出了一种基于双光频梳和受激布里渊散射的高精度微波频率测量方法,利用两个双平行马赫-曾德尔调制器将待测微波信号和扫描信号调制在两路光频梳上,并分别作为信号光和泵浦光输入色散位移光纤中。利用双光频梳和不断频移的扫描信号,系统可同时实现波分复用和时分复用。同时,在双光频梳和受激布里渊散射的作用下,系统可发生一系列的受激布里渊散射,通过测量各信道输出的光功率实现待测微波频率的测量。为进一步提升测量精度,利用测量得到的光功率值构建幅度比较函数,从而实现频率测量误差修正。通过实验仿真验证了所提方法的有效性,测量误差为±2.5 MHz。

基于光纤受激布里渊效应的精密光谱分析方法(特邀)

精密光谱分析仪在高速光通信、光纤传感、光电器件及激光雷达等领域拥有广泛的应用前景。回顾了近年来精密光谱分析技术的研究进展,着重分析了基于光纤受激布里渊效应的精密光谱分析技术的原理及特点,然后介绍了研制的布里渊光谱仪及波长和功率校准方法,最后预测了精密光谱分析技术的发展趋势。

基于受激布里渊散射效应的光谱分析

光学滤波器应用广泛,在许多应用中至关重要,包括光通信、光谱学、电子学和光学传感器等领域。而基于受激布里渊散射(SBS)效应的微波光子滤波器(MPF)不仅具有低阈值和高增益等优点,而且还具有可重构和可调谐的特性。文章将其应用在光谱分析中,利用该滤波器的可调谐性,使其扫描整个待测信号的光谱,就能对待检测光谱的不同频率成份进行分时提取检测。通过设置该滤波器泵浦支路中扫频激光器的中心频率,在泵浦激发产生SBS效应后,用光谱分析仪测出滤波器每次的输出功率,从而分析得出待测信号的光谱。研究结果表明,随着泵浦功率的增加,滤波器的增益和带外抑制比(OOBR)先逐渐增高,然后降低,拐点在泵浦功率为5 dBm左右,且滤波器的动态范围为-35~-20 dBm。

受激布里渊散射(SBS)中的三类介质

介绍了目前使用的三类受激布里渊散射介质的化学结构及其SBS性能 。

熔融石英中实现高效率的百毫焦受激布里渊散射

固体布里渊增益介质是目前实现高稳定、高重复频率受激布里渊散射(SBS)的重要光学元件,能够产生高光束质量的相位共轭光。然而,不同于被广泛研究的液体布里渊增益介质,目前针对固体布里渊增益介质如何产生高效率高能量的SBS尚无成熟的研究。近日,笔者团队以块状熔融石英作为布里渊增益介质,在高强度纳秒激光脉冲泵浦下,围绕熔融石英中的SBS能量转换效率和损伤阈值与泵浦光纵模的关系开展了研究,实现了最高单脉冲能量183.1 mJ、反射率为81.0%、斜效率高达85.8%的相位共轭光输出。该研究结果对于实现高功率全固态的SBS相位共轭镜,进而提升脉冲激光器的输出功率水平、获得高稳定高效率的SBS运转具有重要的指导意义。

受激布里渊散射光纤陀螺(SBS-FOG)中传输光偏振稳定性的研究

研究了受激布里渊散射光纤陀螺 (SBS- FOG)敏感环中 ,在保偏光纤熔接点处进行θ角的偏振主轴旋转后传输光的偏振稳定性。得出当 θ=90°时 ,在敏感环中的传输光不仅具有最大偏振度 ,而且还使其中的两个本征偏振态 (ESOP)达到稳定的结论。

介质FC-770受激布里渊散射脉冲压缩Stokes线宽特性研究(特邀)

布里渊散射是指入射到介质的泵浦光束与介质内的弹性声波声子发生相互作用而产生的三阶非线性光散射现象。在受激布里渊散射(SBS)脉冲压缩过程中,时域脉宽压缩研究较为广泛,但压缩过程中频域线宽变化与介质粘度、折射率等特性密切相关,因此文中研究聚焦单池结构下SBS脉冲压缩过程中介质FC-770产生的Stokes线宽变化影响因素,发现随着泵浦能量的增加,Stokes线宽先迅速增加后逐渐压窄至400 MHz左右,而随着产生池前透镜焦距的逐渐减小,Stokes线宽迅速压窄,且随能量变化线宽变化范围减小,最后探究了入射激光线宽对Stokes线宽变化的影响因素,得出介质FC-770产生的Stokes线宽值与入射激光线宽呈正比例关系,入射激光线宽值由280 MHz变化到450 MHz左右时,输出的Stokes线宽值由500 MHz变化到680 MHz左右。

利用受激布里渊散射脉冲压缩效应获得高功率激光输出

讨论了利用受激布里渊散射效应实现高功率激光脉冲压缩的基本原理，并做了相应的数值摸拟计算。利用星光Ⅱ装置进行了脉冲压缩的原理性实验，获得了约６０％的能量转换效率和近４倍的压缩比。

光纤放大器受激布里渊散射效应抑制

提出了一种多波长窄线宽光纤放大器,其种子光由多个单频激光耦合而成,所有单频激光波长几乎相等(波长间隔小于1nm),频率间隔大于两倍布里渊频移。建立了此类多波长窄线宽光纤放大器的完整理论模型,分析了放大器中受激布里渊散射(SBS)与种子数目的关系。搭建了双波长和三波长窄线宽光纤放大器,进行SBS阈值输出功率测定实验。实验结果与理论模拟结果基本一致,验证了理论模型的合理性;双波长和三波长放大可以有效抑制SBS效应,大幅提高放大器输出功率。

受激布里渊散射光纤陀螺温度效应的理论分析

从理论上分析了温度对受激布里渊散射光纤陀螺 (SBS- FOG)泵浦功率阈值及输出拍频稳定性的影响 ,得出产生受激布里渊散射效应的泵浦光阈值功率对温度的响应为 32 .6× 10 - 6°C- 1 ,输出拍频对温度的响应为88.2 32 .6× 10 - 6°C- 1的结论 ,从而为在检测系统中进行温度补偿提供了理论依据。

光纤传感中的受激布里渊散射效应

受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)作为光纤中重要的非线性效应,对光纤传感系统有重要影响.在远程干涉型传感系统中,SBS增加系统相位噪声,导致传感系统探测灵敏度降低,因此研究其抑制技术十分必要.此外,SBS也是一种重要的传感手段,可用来实现分布式温度或应变测量,因而基于SBS的分布式传感技术受到广泛关注.因为基于SBS的超窄线宽激光器具有独特的性能,所以在相干传感系统中的应用前景较好.该文阐述了SBS对干涉型传感系统的影响,分析对比几种SBS抑制技术,介绍了布里渊光时域分析计的主要指标及几种提高系统性能的技术,最后介绍了超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器的研究现状.

受激布里渊散射中Stokes光的反Stokes散射与慢光效应

为研究受激布里渊散射(SBS)慢光效应的物理机制,研究了Stokes光与布里渊声场之间的反Stokes散射,以及它与SBS慢光之间的内在联系。理论上证明了在SBS中除了泵浦光外,Stokes散射光与布里渊声场之间也满足散射条件,可发生反Stokes散射。该散射过程是泵浦光的Stokes散射的逆过程,因此泵浦光和Stokes光在布里渊声场中经历往返式散射。在此物理前提下建立了SBS慢光模型,其中Stokes光经历多次散射而光程变大,从而产生了慢光。模型所给出的Stokes脉冲的慢光延迟量与前人得到的结果吻合,表明SBS中存在Stokes光的反Stokes散射,多次散射导致的光程变大是产生SBS慢光效应的物理根源。

受激布里渊散射的空间光限幅效应的数值研究

采用布里渊噪声起源模型求解受激布里渊散射瞬态耦合波方程,数值模拟了截面光强为高斯分布的光束通过布里渊介质后的光强分布。结果表明,透射光束截面光强呈现出近似平顶的超高斯分布,光强峰值被限制,显示出受激布里渊散射的空间光限幅效应。当改变相互作用长度或者介质增益系数,即可以改变受激布里渊散射的产生阈值,进而改变输出脉冲空间限幅的幅值。

基于受激布里渊散射效应的高精度可编程光滤波器

高速光通信系统、微波光子系统以及高精度光学计算等前沿应用领域都需要对光信号进行高精度处理,其核心是对光波频谱、微波频谱以及时域脉冲进行高精度调控。高精度可编程光滤波器是实现上述功能的上佳选择:通过对光谱的可编程滤波可直接实现光波频谱的调控,通过将微波信号加载到光波再对光谱进行可编程滤波可实现对微波频谱的调控,通过频谱调控结合时频变换可实现对时域脉冲的调控,从而实现大多数的光信号处理功能。因此,高精度可编程光滤波器是光学信息处理相关领域的核心仪器设备。本文介绍了可编程光滤波器的几种实现方案,着重介绍基于受激布里渊散射效应的高精度可编程滤波器的相关研究进展及关键技术。