光纤中三角斯托克斯脉冲的受激布里渊散射慢光（英文）

采用龙格库塔法和特征线法对光纤中受激布里渊散射耦合方程组进行数值求解,研究斯托克斯脉冲的增益、能量和半高全宽对时延和脉冲展宽的影响.结果表明:三角脉冲的增益、能量和宽度对时延和脉冲展宽都有影响,最大时延随着脉冲能量的减小而增加.脉冲宽度越窄,时延会越大.优化三角斯托克斯脉冲的增益、能量和宽度,可以获得最大时延和小的脉冲形变.该研究可为光通信和传感器件设计提供参考.     

非线性光纤环镜在受激布里渊散射慢光级联系统中的可行性研究

基于非线性光纤环镜(NOLM)的脉冲压缩特性,分析了NOLM在基于受激布里渊散射(SBS)慢光级联系统中对延迟脉冲的影响.利用环形结构来模拟多次级联,有效地降低了系统的复杂度,得到了在不同抽运光功率和级联次数下脉冲的延迟输出特性.理论分析表明,NOLM可以有效地抑制SBS慢光级联系统中延迟脉冲的展宽,抽运光功率决定了展宽因子的变化趋势及最终稳定值的大小,展宽因子在级联4次时趋于稳定值,恰当选取抽运光功率可实现脉冲的零展宽延迟;改变抽运光功率和级联次数可以实现延迟量的连续可调,且延迟量理论上不受限制;增大抽 关键词： 慢光 脉冲压缩 非线性光纤环镜 受激布里渊散射     

啁啾脉冲受激布里渊散射的理论研究

推导了描述调频激光受激布里渊散射的耦合波方程和准静态近似下增益因子的表达式，分析了啁啾脉冲的散射过程，讨论了泵浦激光和斯托克斯信号光率调制方式，带宽对泵浦光能量抽取效率和斯托克斯光脉冲波形的影响。     

光纤中双泵浦低失真受激布里渊散射快光

采用快速傅里叶变换算法,数值模拟了双泵浦宽带布里渊吸收谱的受激布里渊散射快光.模拟结果表明信号脉冲的时间提前、衰减和脉冲展宽因子容易受到两个泵浦光的相对频率分离因子、输入泵浦光的功率以及光纤长度的影响.优化设计频率分离因子、输入泵浦光的功率以及光纤长度,224ps高斯信号脉冲实现了80ps的最大提前量和0.87的最小展宽因子.研究结果可以提高光纤通信系统的数据速率,降低脉冲失真.     

小芯径光子晶体光纤中基于前向受激布里渊散射的超光速传输特性（英文）

理论研究了小芯径光子晶体光纤中基于前向受激布里渊散射的快光.利用前向受激布里渊散射三波耦合方程,通过傅里叶变换,计算小芯径光子晶体光纤中的群折射率和增益系数.用有限元法模拟了声场和光场的分布、信号光时间提前量和展宽因子.小芯径光子晶体光纤中光场与声场可以有效地重叠在纤芯中,增强了它们之间的非线性相互作用,导致强的受激布里渊散射和大的时间提前量.随着信号光传输距离的增加,时间提前量成非线性增长,与此同时,信号光被压缩.随着初始脉冲的增大,脉冲展宽因子逐渐趋于平稳.当传输距离为70 m,初始脉冲宽度为200 ns,泵浦功率为600 mW,计算出时间提前量为21.76 ns和脉冲展宽因子为0.77.     

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。     

少模光纤中受激布里渊散射的慢光

利用全矢量有限元法计算了少模光纤中模内和模间受激布里渊散射各模式布里渊频移和布里渊增益谱,模拟了泵浦功率、有效传输长度及脉冲宽度对各模式慢光时间延迟量、脉冲展宽因子的影响.模拟结果表明:少模光纤中不同传输模式产生的受激布里渊散射慢光特性不同,输入泵浦功率及有效传输长度越大,各模式的慢光时延量、展宽越大,且当输入泵浦功率相同时,模内的慢光时延量、展宽因子均大于模间的.优化参数可得,在输入泵浦功率为0.5W,光纤有效长度为1km的条件下,LP_(01)-LP_(01)、LP_(11)-LP_(11)及LP_(01)-LP_(11)模式的时间延迟量分别为643.7ns、362.6ns和213.2ns,其展宽因子分别为1.346、1.207和1.126.     

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。     

三倍频Nd∶YAG激光抽运氧气中的受激拉曼和布里渊散射

报道了三倍频脉冲Nd∶YAG激光(355 nm)在两种不同带宽模式下抽运氧气中受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)的实验研究。在宽带(约1 cm-1)抽运模式下,只测到了前向受激拉曼散射,而没有观察到后向散射,其一级和二级斯托克斯最大能量转换效率可达22%和8%。在窄带(约0.003 cm-1)模式下,前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射都测量到了,但大部分抽运能量都转换到受激布里渊散射,其转换效率可达67%。测量了两种带宽模式下各散射组分在它们最佳转换时的波形;窄带情况下后向受激拉曼散射和受激布里渊散射的脉宽分别可压窄至1.5 ns和2.3 ns,不到抽运脉宽的三分之一,使得受激布里渊散射峰值功率可大大高于抽运功率。对氧气中前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射之间的竞争进行了讨论。     

三倍频Nd:YAG激光抽运氧气中的受激拉曼和布里渊散射

报道了三倍频脉冲Nd：YAG激光（355nm）在两种不同带宽模式下抽运氧气中受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）的实验研究。在宽带（约1cm^-1）抽运模式下,只测到了前向受激拉曼散射,而没有观察到后向散射,其一级和二级斯托克斯最大能量转换效率可达22％和8％。在窄带（约0．003cm^-1）模式下,前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射都测量到了,但大部分抽运能量都转换到受激布里渊散射,其转换效率可达67％。测量了两种带宽模式下各散射组分在它们最佳转换时的波形;窄带情况下后向受激拉曼散射和受激布里渊散射的脉宽分别可压窄至1．5ns和2．3ns,不到抽运脉宽的三分之一,使得受激布里渊散射峰值功率可大大高于抽运功率。对氧气中前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射之间的竞争进行了讨论。     

混沌光在光纤中的布里渊散射光特性

分析了混沌光注入功率和单模光纤长度对布里渊散射斯托克斯光线宽的影响,发现随着注入混沌光功率的增大,斯托克斯光线宽逐渐减小;当注入的混沌光功率达到一定值时,斯托克斯光线宽几乎不变。分析了注入混沌光功率和单模光纤长度对后向散射功率的影响,发现当注入混沌光功率一定时,后向散射功率随着光纤长度的增加而迅速增大,当光纤长度超过15.41 km时,后向散射功率趋于饱和。讨论了混沌受激布里渊散射光阈值的影响因素,结果表明,混沌受激布里渊散射光阈值很高,比传统的连续光注入光纤产生的受激布里渊散射阈值高约19 d B。     

单纵模Nd:YAG激光抽运CH4中强后向受激拉曼散射

用单纵模Nd:YAG二倍频激光[波长532 nm,线宽△vp＜100 MHz,脉宽(半峰全宽)6.5 ns]抽运CH4气体,观察到很强的后向一级斯托克斯(BS1)受激拉曼散射,这与前人采用脉宽30 ns的单纵模抽运激光得到的绝大部分为后向受激布里渊散射(SBS)完全不同,其原因是脉宽6.5 ns与本实验条件下CH4的受激布里渊散射声子寿命接近,受激布里渊散射处于瞬态.理论计算表明,这时的受激布里渊散射瞬态增益系数已略小于后向一级斯托克斯的增益系数,而被其竞争抑制.当脉冲重复频率为2 Hz,抽运能量为95 mJ时,在1.1 MPa CH4中,后向一级斯托克斯的量子转换效率高达73%,其时间波形出现张弛振荡,脉宽被压窄到1.2 ns,从而使后向一级斯托克斯峰值功率达到了抽运激光功率的2.7倍,而且其光束质量要大大优于抽运激光的光束质量.用编制的准二维计算机模型程序相当好地再现了实验中后向一级斯托克斯的时间波形张弛振荡.     

单纵模Nd∶YAG激光抽运CH_4中强后向受激拉曼散射

用单纵模Nd∶YAG二倍频激光[波长532 nm,线宽Δνp<100 MHz,脉宽(半峰全宽)6.5 ns]抽运CH4气体,观察到很强的后向一级斯托克斯(BS1)受激拉曼散射,这与前人采用脉宽30 ns的单纵模抽运激光得到的绝大部分为后向受激布里渊散射(SBS)完全不同,其原因是脉宽6.5 ns与本实验条件下CH4的受激布里渊散射声子寿命接近,受激布里渊散射处于瞬态。理论计算表明,这时的受激布里渊散射瞬态增益系数已略小于后向一级斯托克斯的增益系数,而被其竞争抑制。当脉冲重复频率为2 Hz,抽运能量为95 mJ时,在1.1 MPa CH4中,后向一级斯托克斯的量子转换效率高达73%,其时间波形出现张弛振荡,脉宽被压窄到1.2 ns,从而使后向一级斯托克斯峰值功率达到了抽运激光功率的2.7倍,而且其光束质量要大大优于抽运激光的光束质量。用编制的准二维计算机模型程序相当好地再现了实验中后向一级斯托克斯的时间波形张弛振荡。     

光子晶体光纤结构与掺杂对受激布里渊散射快光的影响

由受激布里渊散射三波耦合方程导出了在小信号条件下的快光时间提前量,通过全矢量有限元法模拟了光子晶体光纤占空比和GeO₂掺杂质量分数对布里渊频移、时间提前量、脉冲展宽因子及脉冲形变的影响。结果表明,布里渊频移随着占空比和掺杂质量分数的增大而减小。在保持泵浦功率为20 mW和快光传输长度为10 m的条件下,时间提前量随着占空比的增大而增大,随着掺杂质量分数的增大而减小。脉冲展宽因子与时间提前量变化趋势相反。当占空比为0.8,Ge掺杂质量分数为18%时,能够实现快光时间提前量为29.7 ns,脉冲展宽因子为0.88。布里渊阈值随着占空比的增大而减小,随着掺杂质量分数的增大而增大。     

单色光在损耗介质中激励的受激布里渊散射

研究了单色光在损耗介质中激励的受激布里渊散射，运用分布起伏噪声源模型描述了受激布里渊散射的产生过程，通过傅里叶变换，得到了输出斯托克斯光波的功率谱密度。     

水中受激拉曼散射的能量增强及受激布里渊散射的光学抑制

为提高液体介质中受激拉曼散射的输出能量,提出了通过温度调控来抑制受激布里渊散射的方法,设计了532 nm多纵模宽带脉冲激光泵浦的受激拉曼散射发生系统,测量了不同温度下水中前向受激拉曼散射及后向受激布里渊散射的输出能量,分析了水温、泵浦激光线宽及热散焦效应对受激拉曼散射输出能量影响的物理机制.实验结果表明:通过降低水温可实现对受激布里渊散射过程的有效抑制,同时减小热散焦效应带来的光束畸变,从而有效提高受激拉曼散射的输出能量.研究结果对液体介质中的受激拉曼散射多波长转换具有重要意义.     

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.     

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。     

振放双池受激布里渊散射相位共轭镜的脉冲波形研究

受激布里渊散射应用到激光驱动器中，就要考虑脉冲的变形。针对上升前沿２ｎｓ的毫 秒泵浦脉冲，在其脉冲前沿根部引入缓慢上升的的预脉冲后，研究振放双池受激布里渊散射相位共轭镜所产生的受激布里渊散射脉冲波形。     

光学透明材料中瞬态SBS过程的数值研究

建立了描述噪声起振和Stokes种子光辅助起振的SBS（受激布里渊散射）理论模型，利用变步长有限差分方法数值求解了一维瞬态后向SBS耦合波方程组，得到了抽运光和散射光光强以及介质密度变化量的时空分布；研究了Stokes激光场对SBS反射率以及发生阈值的影响，发现Stokes种子光的存在大大减短了SBS过程的起振时间，并且在抽运光脉冲宽度固定的情况下使SBS的发生阈值大幅度降低；最后，探讨了瞬态受激布里渊过程对光学材料破坏的可能性并对今后的工作进行了展望. 关键词： 光学透明材料 受激布里渊散射 斯托克斯种子光 反射率