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。     

拉曼放大器中放大的自发拉曼散射与拉曼开-关增益关系的研究

研究了拉曼放大器中放大的自发拉曼散射对拉曼开－关增益的影响，并提出了一种利用自发拉曼散射谱来调整拉曼放大器位曼开－关增益平坦的方法，实验采用4个波长为14xx nm的激光二极管作为抽运源，75km的G．652光纤作为传输介质，获得了C波段附近的光放大，同时对此给出了合理的理论解释。     

拉曼增益系数可分离光纤中的受激拉曼散射

给出了拉曼增益系数分离光纤的定义,在考虑了N个单色光之间的两两受激拉曼散射,得到了这种光纤中单向传输的N个不同的单色光之间的受激拉曼散射（SRS）稳态耦合波方程的解析解。它适用于各单色光功率任意大小、光频率分布不均匀时的一般情况。这一结果可应用于光纤通信系统、拉曼光纤放大器和拉曼光纤激光器的设计与分析。最后把解析解与数值解进行了比较,两者取得了很好的一致。     

一种增益平坦的光子晶体拉曼光纤放大器

为解决传统拉曼放大器增益系数低和增益不平坦的问题,采用级联光子晶体光纤的设计方法设计了一种增益平坦的拉曼光纤放大器.采用受激拉曼散射效应的稳态分析理论,分析了光子晶体光纤的拉曼增益谱,建立了拉曼放大器的理论模型.通过解耦合方程,推导了实现增益平坦的约束条件,发现光纤长度和泵浦功率是影响拉曼光纤放大器增益平坦度的两个参数.仿真结果表明,在1 508～1 544 nm的带宽范围内,实现了一个增益高达21 dB,增益平坦度仅为0.14 dB的光子晶体拉曼光纤放大器,可在光纤通信系统应用中发挥重要作用.     

1410 nm波段分布式光纤拉曼增益放大器的研究

讨论了分布式光纤拉曼增益放大器的工作原理,采用1320nm固体激光器作为抽运源,获得了1410nm波段附近的光放大,在单模GI光纤长度为23km时,初步研究了拉曼放大器增益与光纤作用长度的关系,抽运脉冲峰值功率分别为50W、30W时,光纤的有效作用长度分别为15．5km和10.5km;研究了在不同的光纤有效作用长度时,拉曼放大器增益与抽运功率的关系;从光纤拉曼光谱图估算了光纤拉曼放大器的光谱宽度为50nm或250cm^-1。     

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的理论模型和数值分析

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器在非线性频率变换、遥感探测和量子信息等领域有广泛的应用前景.综合考虑受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)、受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)、自相位调制(self-phase modulation)和交叉相位调制(cross-phase modulation)等非线性效应,建立了窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的非线性动力学模型.仿真分析了放大器中脉冲激光的时频演化特性,对比研究了抽运脉冲宽度、光纤长度和信号光功率等因素对放大器性能的影响.研究发现,上述因素会影响放大器的SRS阈值、SBS阈值、输出激光线宽、激光转换效率等.例如,当脉冲宽度为800 ns时,SBS随着抽运功率的增加而发生,限制了激光功率的提升;减短抽运脉宽可以抑制SBS,但是输出激光的线宽易于展宽到数百MHz以上;增加光纤长度可以获得更低的SRS阈值和更高的转换效率,但是SBS效应和光谱展宽程度也随之增强.系统搭建中需要平衡各非线性效应,选择合适的系统参数.研究内容可以为窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的设计搭建提供参考.     

增益平坦拉曼放大器优化算法研究

在分析受激拉曼散射耦合方程的基础上，介绍了一种反向设计多波长抽运光纤拉曼放大器的方法，并使用一种改进遗传算法和新型打靶法，讨论了体现特定的高增益和宽带平坦的适应度函数，对抽运波长和功率进行了优化，得到高增益，宽带平坦的增益谱，其开关增益可达15dB，增益带宽达80nm，增益波动小于1dB，这种放大器结构比现有的宽带光纤放大器在增益平坦上有一定的进步。     

国产纺锤形增益光纤主振荡功率放大器实现5 kW输出

设计了纤芯直径小—大—小变化的“纺锤形”增益光纤,利用该光纤可均衡模式不稳定和受激拉曼散射抑制的矛盾,提升光纤激光器的输出功率。基于自研的纺锤形增益光纤搭建了主振荡功率放大器（MOPA）,实现了5 kW的功率输出,放大器光光效率为66.6%,拉曼散射抑制比大于45 dB,M2因子约2.0。通过优化光纤的设计,可以提升激光器的光束质量和效率。     

光纤拉曼放大器中双重瑞利背向散射噪声的抑制

研究了光纤拉曼放大器中双重瑞利散射噪声的特性，提出了在考虑拉曼光放大作用时，双重量早散射噪声的表达式。给出了在加入隔离器进入抑制后，双重量早散射噪声的计算方法，并进行了模拟分析，得出了旋转隔离器的最佳位置。     

连续波1.7 μm全光纤气体拉曼激光光源

报道了第一个连续波全光纤气体拉曼激光光源。采用实芯单模光纤与带隙型空芯光纤熔接的方法,制备了长度为50 m、充高压氢气的全光纤结构气体腔,以一个高功率连续波1540 nm光纤放大器为泵浦源,利用氢气分子的纯转动受激拉曼散射有效实现了1693 nm斯托克斯连续激光输出。进一步,通过在气体腔输出端熔接一个中心波长为1540 nm的高反射率光纤布拉格光栅,使得拉曼阈值降低了38.2%,斯托克斯光输出功率最大为2.15 W,腔内拉曼转换效率为72.2%,由于熔接损耗,相对总泵浦光功率的光光转换效率为31.7%。该研究结果为实现高效紧凑的高功率1.7μm光纤激光器提供了一条可行的技术方案。     

通过以太无源光网的射频电视传送技术

论述了1550 nm射频电视(CATV)通道与1490 nm数据通道的相互干扰问题。针对1490 nm光波通过光纤中受激拉曼效应对1550 nm光波的非线性串扰和1550 nm光波通过粗波分复用(CWDM)分波器对1490 nm光波的线性串扰提出了理论计算公式,进行了定量分析和计算。结果表明,数据非线性串扰可使射频电视系统低频端的载噪比下跌9 dB;而在常规融锥型粗波分复用分波器情况下,射频电视线性串扰可使数据光接收机的光功率代价达到2.5dB。最后指出了克服串扰的方法,如以太空闲字符扰码和高隔离度粗波分复用等。     

拉曼光谱技术的应用及研究进展

本文简述了拉曼光谱产生的机理以及与红外光谱的区别,讨论了拉曼光谱在聚合物、生物分子、蛋白质和无机物等方面研究及应用,介绍了傅立叶变换拉曼、共焦显微拉曼、表面增强激光拉曼、固体光声拉曼光谱的原理及其应用以及拉曼光谱和其他检测手段的联用技术。     

光纤背向激光自发喇曼散射的温度效应研究

从理论和实验上研究了光纤背向激光自发喇曼散射的温度效应.光纤背向激光自发反斯托克斯喇曼散射、斯托克斯喇曼散射光的相对强度正比于光纤分子上、下能级粒子数的布居,依赖于温度.由于实际系统中,作为分光用的干涉滤光片不可能完全隔离背向瑞利散射光,因此,实际系统温度曲线比理论曲线低,本文给出了理论修正公式,提出了附加修正项,它与隔离度和波长有关.     

单模圆光纤中受激拉曼散射光谱偏振特性的研究

研究了单模圆石英光纤在不同偏振光泵浦条件下,受激拉曼散射(SRS)各级斯托克斯光的拉曼阈值和频移特性,同时测试了光纤输出端的泵浦光和斯托克斯光的偏振状态.分析了偏振光在单模圆光纤中传输时偏振状态的变化.     

Performance of an optical wideband WDM system considering stimulated Raman scattering,fiber attenuation and chromatic dispersion

The performance of an optical wideband wavelength division multiplexed (WDM) communication system is analyzed considering the effects of stimulated Raman scattering, fiber attenuation and chromatic dispersion. Improved models for the Raman gain and the fiber attenuation constant are proposed, which yield better and reliable performance results of the WDM system. Effect of fiber chromatic dispersion is also investigated and it is observed that dispersion can suitably be selected to overcome the limitations imposed by the stimulated Raman scattering phenomenon.     

罗丹明B荧光增强苯受激拉曼散射研究

将液芯光纤技术与荧光增强受激拉曼散射技术相结合,能够大大增强受激拉曼散射光谱强度,降低受激拉曼散射阈值。通过对罗丹明B苯溶液在液芯光纤中的受激拉曼散射进行研究,结果表明:荧光染料Rhodamine B可以降低苯溶液的各阶受激拉曼散射阈值近一个数量级;在一定浓度范围内(10-6mol/L~10-8mol/L)各阶Stokes阈值随浓度降低而降低,并在理论上给出了解释。并且理论推导了在荧光种子作用下的四阶耦合波方程。液芯光纤中的受激拉曼光谱技术在对实现宽带受激辐射激光器、种子激光,以及生物大分子结构研究、生物分子的非生物过程研究等领域等有光明应用前景。     

双折射光纤受激拉曼散射偏光特性的实验研究

对椭圆芯光纤受激拉曼散射偏光特性进行了系统的实验研究。实验巾观察到8级斯托克斯线和2级反斯托克斯线,对不同偏振态的抽运光激励下各级斯托克斯线的偏振特性、拉曼频移等参量进行了分析,并给出了经验公式。其结果与实验数据符合良好。实验表明,双折射光纤受激拉曼谱的各级斯托克斯线的偏振状态不但与拉曼介质有关还与抽运光的偏振态有关,入射抽运光偏振态对低阶次的斯托克斯线拉曼频移的影响较小,而对高级斯托克斯线拉曼频移影响较大。     

塑料光纤拉曼散射的研究

给出了聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)塑料光纤(POF)的一级受激拉曼散射光谱,研究了一级斯托克斯光谱特点,测试了它的阈值,带宽,分析了拉曼光谱的形成机制,并将塑料光纤的拉曼光谱和石英光纤的拉曼光谱进行了比较。     

Noise performance analysis of bi-directionally pumped distributed fiber Raman amplifiers with consideration of fiber nonlinearity and its impact on EDFA output OSNR

Under small-signal assumption, equivalent noise figure normalized by fiber nonlinearities (NENF) of bi-directionally pumped distributed fiber Raman amplifiers (BiDFRA) is derived. Amplified spontaneous Raman scattering noise and double Rayleigh scattering noise are both included. The relation between NENF and Raman gain, forward Raman gain percentage is investigated under different polarization factor and Rayleigh scattering coefficient. It agrees well with numerical simulation results. Based on the analytical expression, the optical signal-to-nose ratio (OSNR) improvement of hybrid pre-BiDFRA/erbium-doped fiber amplifier (EDFA) compared with sole EDFA is studied. It is shown that there is an optimum Raman gain and forward Raman gain percentage to maximize the OSNR improvement. Finally, some guidelines on BiDFRA design are proposed.     

The freeze of intrapulse Raman scattering effect of ultrashort solitons in optical fiber

The effect of intrapulse Raman scattering (IRS) for the propagation of the femtosecond solitons in an optical fiber is investigated. To factually simulate its influence, a combination of 27 Lorentian lines to fit experimental Raman gain profile is adopted. By using nonlinear Schrödinger equation and finite-difference time domain method, the propagations of femtosecond fundamental solitons in an optical fiber are numerically calculated. When the initial power is suitably enhanced, it is found that the pulse shape is almost the same as initial pulse and the delay Raman response only makes small pulse shift. In other words, when ultrashort soliton is considered, the IRS effect is similarly frozen under the enhanced initial power.