光纤中双宽带抽运SBS慢光及其脉冲展宽减小的理论研究

提出了一种单模光纤中采用双宽带抽运实现宽带受激布罩渊散射(SBS)慢光的方法.给出了双宽带抽运的SBS慢光及其脉冲展宽的理论模型.色散分析发现,两抽运光间存在一个最佳的频率间隔,可有效地减少由于群速度色散所引起的脉冲展宽.理论计算表明,该方案所获得的SBS增益带宽和信号脉冲群延迟分别提高到了相同条件下单宽带抽运的1.7倍和2倍.     

受激布里渊相移功率依赖性理论与实验研究

建模并仿真了受激布里渊散射损耗相移谱的宽范围功率依赖特性;设计了基于外差抽运-斯托克斯技术的受激布里渊损耗相移谱测量系统,在抽运光功率5μW~15mW和斯托克斯光功率3.5~110mW范围内测量了400m标准单模光纤的受激布里渊损耗相移谱;分析了实测受激布里渊损耗相移谱产生中心不对称性的机理。结果表明,受激布里渊损耗相移范围与斯托克斯光功率呈良好线性关系,基本不受抽运光功率影响;实测受激布里渊损耗相移谱中心不对称性主要由光纤色散以及非线性折射率引起的非线性效应共同作用产生。根据理论和实验结果,分析了受激布里渊散射相移谱功率依赖性在微波光子信号处理和分布式光纤传感中的应用,为基于受激布里渊散射相移原理的应用系统设计提供理论依据。     

矩形谱宽带光抽运的布里渊慢光中脉冲失真的分析

在小信号增益条件下推导出了高斯光脉冲经过矩形谱宽带光抽运的布里渊慢光系统后输出脉冲时域振幅包络的近似解析表达式,适用于抽运光频谱具有陡峭上升(下降)沿和平坦顶部的情况.定量分析和比较了光纤色散以及受激布里渊散射增益不均衡和增益所致色散效应对延迟信号光脉冲失真的影响.计算结果表明:当信号光脉冲的频谱处于布里渊有效增益谱内时,解析解与数值解符合,布里渊增益所致三阶色散效应是导致延迟信号光脉冲失真的主要物理因素,制约了窄脉冲延迟量的提高.     

水中受激布里渊散射脉冲的反常压缩

受激布里渊散射(SBS)具有脉冲压缩的特性,受激布里渊散射的脉冲宽度随着抽运能量的增大而变小,在水中可以达到几百皮秒的量级.本文在实验上观察到一种受激布里渊散射的脉冲宽度随抽运能量增大而变大的现象,这里称之为反常压缩.SBS的脉冲反常压缩和脉冲压缩与抽运光的强弱会聚情况有关.利用数值模拟,模拟了强弱会聚情况下抽运光在水中的传输规律,强弱会聚情况的抽运光对受激布里渊散射形成的有效增益长度不同:抽运光强会聚时有效增益长度短,形成SBS脉冲宽度的反常压缩;弱会聚时有效增益长度长,也就是正常的SBS脉冲压缩.     

液芯光纤中基于多线抽运调制的带宽可控平顶布里渊增益谱

提出在CS₂/CCl₄混合介质液芯光纤中利用多线抽运调制 技术实现带宽可控平顶布里渊增益谱的方法, 理论研究了抽运光谱线间距、谱线强度和芯液介质混合比对布里渊增益谱的影响, 得到了带宽可控平顶增益谱的条件. 结果表明, 采用一个强度或相位调制器, 基于单频和多频调制技术产生2–9条抽运光谱线, 通过控制谱线间距和各谱线强度比, 并改变CS₂体积分数, 获得了增益带宽在50 MHz–2 GHz 范围内可控的平顶增益谱. 该方法操作简便、带宽调控范围大, 可用于高增益低畸变布里渊放大, 满足微弱光信号探测和慢光系统的应用需求. 关键词： 受激布里渊散射 布里渊增益谱 多线抽运调制 液芯光纤     

光纤中基于双布里渊增益线的受激布里渊散射快光

为了解决受激布里渊散射快光在高吸收区产生损耗的问题,通过分析普通单模光纤中双线泵浦产生的双布里渊增益线特性及在增益峰间实现脉冲的超光速传输理论,利用有限元法数值模拟了双布里渊增益线处受激布里渊散射引起的快光特性。结果表明,当频率分离因子大于0.596时,可以观察到双增益峰;当频率分离因子在1~5.25范围内时,两个泵浦波产生的双增益峰之间可以明显地产生快光;当频率分离因子为1.75时,在双布里渊增益线之间的最大时间提前可达25 ps。当频率分离因子为2.42时,三阶色散所对应的归一化色散长度为无穷大,三阶色散可以得到完全补偿;当频率分离因子大于2.464时,脉冲展宽因子趋近于1,可以实现无畸变传输,但时间提前量小于13.52 ps。本文的研究结论对于在布里渊增益区实现快光具有一定的理论意义,并对设计基于受激布里渊散射快光器件具有理论指导作用。     

S波段光纤拉曼放大器中级联受激布里渊散射串扰的实验研究

研究了光纤激光器前向抽运的S波段分布式光纤拉曼放大器中级联的受激布里渊散射(SBS)串扰现象。用窄光谱带宽(<100MHz)的可调谐激光二极管作为信号源,通过S波段分布式光纤拉曼放大器,当被放大的信号功率超过单模光纤受激布里渊散射的阈值时,出现了前向受激布里渊散射,这是传导声波布里渊散射在光纤放大器中放大的现象。随着拉曼放大器抽运功率的提高,在斯托克斯区,出现了两阶受激布里渊散射线,在实验中观测到偶数阶的受激布里渊散射谱线功率大于奇数阶的布里渊一瑞利散射线。当进一步增加拉曼放大器的抽运功率,出现了前向级联的多阶受激布里渊散射现象,拉曼放大器的增益下降,被放大的信号功率转换为受激布里渊散射,噪声变大。受激布里渊散射的串扰破坏了拉曼放大器的特性,使拉曼放大器无法在密集波分复用光纤传输系统中使用,因此需要严格地控制入纤的信号功率和放大器的抽运功率。在实验中还观测到在光纤拉曼放大器中被放大的信号光和受激布里渊散射线两侧的伴线。     

大功率单频多芯光纤放大器中抑制受激布里渊散射的分析

针对多芯光纤完善了描述抽运光、信号光和Stokes信号的速率方程组.考虑了温差对受激布里渊散射的影响,利用有限元法求解温度分布方程组,分析了前向和后向抽运方式、对流系数、Stokes初始功率、光纤掺杂粒子密度和光纤长度对受激布里渊散射增益的影响.研究表明：后向抽运方式在抑制受激布里渊散射方面具有明显优势;减小对流系数有助于抑制受激布里渊散射;提高光纤掺杂密度能够加强抑制受激布里渊散射,同时也有助于提高光纤放大器的斜率效率.比较了在相同最佳光纤长度条件下,单芯和19芯光纤放大器的最高工作温度和受激布里渊散射 关键词： 光纤放大器 受激布里渊散射 大功率 有限元法     

光子晶体光纤中受激布里渊散射慢光研究

基于受激布里渊散射的慢光在全光通信中具有重要的应用前景。传统的光纤作为慢光介质,具有较低的延迟效率,对光纤长度和抽运功率要求较高,而高非线性光子晶体光纤作为慢光介质应用于慢光系统,可以提高系统的延迟效率。实验选用一段70m长的高非线性光子晶体光纤作为慢光介质,在抽运功率101mW情况下,50ns脉冲信号获得了33dB的布里渊增益,脉冲延迟了30ns,延迟效率达到了0.0046ns/(mW.m),是普通单模光纤的13.7倍。该光纤应用于受激布里渊散射慢光系统可以有效缩短光纤长度和降低对抽运功率的要求,具有潜在的应用前景。     

光纤放大器中的受激布里渊散射阈值

 从受激布里渊散射(SBS)耦合波理论出发,根据双包层光纤放大器中的受激布里渊散射阈值模型,理论仿真了信号带宽、纤芯直径、放大器增益对SBS阈值的影响,并从实验上研究了单频百纳秒脉冲信号在掺镱双包层光纤放大器中的受激布里渊散射现象。实验中输入脉冲信号重复频率1 Hz,脉宽200 ns,对不同的输入脉冲信号放大,前向放大脉冲在脉冲能量660 nJ、峰值功率3.3 W时出现畸变,产生后向SBS窄脉冲,达到了SBS阈值,实验计算的SBS阈值与理论分析结果基本一致。     

Narrow spectral response of a Brillouin amplifier

We investigate the spectral response of a Brillouin amplifier in the frequency regime within the stimulated-Brillouin-scattering (SBS) bandwidth. This is done by amplitude modulating the pump with a low frequency; therefore, unlike in previous studies, the spectrum of the modulated pump is, in all cases, smaller than the SBS bandwidth. We show both theoretically and experimentally that, unlike phase modulation, amplitude modulation increases the Brillouin amplifier gain and that this effect has a very narrow bandwidth. Only modulation frequencies that are lower than a certain cutoff frequency increase the gain. This cutoff frequency can be arbitrarily small.     

High-gain and low-distortion Brillouin amplification based on pump multi-frequency intensity modulation

Using a pump with a multi-line spectrum to broaden the Brillouin gain bandwidth is an effective way to achieve lowdistortion amplification with high gain. Here, we theoretically and experimentally investigate the generation of a broadband Brillouin gain spectrum based on multi-frequency intensity modulation in an optical fiber. The arbitrary bandwidth of the Brillouin gain spectrum of stimulated Brillouin scattering(SBS) can be obtained as expected. In our experiment, a broadband Brillouin gain spectrum with a bandwidth of about 200 MHz is demonstrated. We also achieve a low-distortion amplification of a weak signal, whose maximum magnification is 65 d B for a-68-dBm input power signal.     

受激布里渊散射脉冲压缩技术研究进展

受激布里渊散射（SBS）作为三阶光学效应广泛应用于激光组束、分布式光纤传感、布里渊激光器等领域。近年来,SBS脉冲压缩亦得到特殊关注。基于布里渊放大过程中的能量转移特性,SBS脉冲压缩技术能够将ns量级脉冲压缩至亚ns量级,峰值功率可提升1～2个数量级。系统介绍了SBS脉冲压缩基本理论,综合论述了SBS压缩器结构、增益介质、泵浦脉冲等因素对脉冲压缩特性的影响,并对SBS脉冲压缩发展趋势进行了展望,为今后SBS特性的研究提供了有益参考,也为高重频、高能量激光的获取提供了可行方案。     

Cavity enhanced stimulated Brillouin scattering in an optical chip for multiorder Stokes generation

We report the first demonstration of on-chip cascaded stimulated Brillouin scattering (SBS). Cascaded SBS is characterized in a 4 cm long chalcogenide (As?S?) rib waveguide where the end facet reflections provide a monolithic Fabry-Perot (FP) resonator. The presence of the FP cavity reduces the Brillouin gain threshold, which enables observation of cascaded SBS at reduced pump powers. We observe up to three orders of Stokes waves in the backscattered signal at a coupled peak power of 1.34 W. Anti-Stokes waves due to four-wave mixing between the pump and the Stokes wave were observed in the forward spectrum.     

Spectrum evolutions of spontaneous and pump-depleted stimulated Brillouin scatterings in liquid media

A theoretical model for calculating spontaneous and stimulated Brillouin scattering(SBS) spectra is described. An empirical formula for the Stokes output spectral linewidth, a function of spontaneous Brillouin linewidth and the exponential gain coefficient, is obtained by the calculated data fitting. The formula holds true for two cases involving pump undepletion and depletion. The lineshape change from spontaneous to highly pump-depleted SBS spectra is also investigated. The result shows that for the pump power below the SBS threshold, the Stokes output spectral lineshape evolves from Lorentzian to approximately Gaussian as the pump power increases. For the pump power near or beyond the threshold, the SBS spectrum is in the form of a steady Gaussian profile, and the spectral linewidth comes to a certain value about 7 times narrower than the spontaneous one. The theoretical results are experimentally demonstrated by using several common liquid media.     

Experimental and theoretical study of self-phase modulation in sbs compression of high-power laser pulses

We study experimentally the behavior of the spectrum shape and Stokes frequency shift of stimulated Brillouin scattering (SRS)-compressed radiation within a broad range of incident-laser-pulse intensities from the threshold up to eight times the threshold values. We show that, at pulse compression of reflected radiation to subnanosecond durations (smaller than inverse spontaneous line widths), its spectrum monotonously shifts with increase in the exciting light intensity such that its Stokes shift decreases. At intensities increasing four times the threshold, the spectrum splits and acquires a twohumped shape, which is explained by the phase modulation near the SBS resonance. We construct an analytical model of self-phase modulation in SBS compression, describing the spectral splitting and chirping formation.     

介质参数对受激布里渊散射脉宽压缩的影响

 利用KrF激光和SF₆介质从理论和实验上研究了声子寿命和增益系数等介质参数对SBS脉宽压缩比和能量反射率的影响。理论上采用一维瞬态模型对SBS过程进行数值模拟，考虑了瞬态过程、介质吸收以及泵浦耗空的影响，计算了SBS介质不同参数对脉冲压缩影响的规律。实验表明，在实验参数的变化范围内声子寿命越短、增益系数越小，越有利于脉宽压缩。在0.68MPa下，脉宽压缩比达到8。数值模拟了声子寿命和介质增益系数单独变化时对SBS过程影响的规律，发现在声子寿命和增益系数同时变化时，SBS对泵浦脉冲的压缩有最佳点。     

YAG复合型相位共轭腔对改善光束模式的研究

如何降低受激布里渊散射(SBS)相位共轭腔的启动阈值以及如何提高输出光束的质量一直是人们关心的课题。报道了在YAG激光器上运行一种复合型受激布里渊散射相位共轭激光腔,该腔能够输出模式优良的光束。最大能够输出13．35mJ的单纵模,脉冲半高宽度约为15ns,输出光束的发散角为0．6mrad。实验给出了不同参量条件下的输出脉宽、能量及远场光斑分布和干涉环的情况,表明利用复合型相位共轭腔是改善光束模式的一种简单有效的方法。