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     

抽运光参数对受激布里渊散射的影响

受激布里渊散射（SBS）系统中,具有一定带宽的抽运激光中会含有一定比例的Stokes散射光成分，此Stokes散射光成分经SBS介质后表面反射后，将形成种子光与抽运光联合入射，构成自种子光式SBS放大器.通过数值求解此SBS放大器型耦合波方程组，探讨了抽运光脉冲中所含Stokes散射光成分的比例、抽运激光波长、抽运光能量大小、入射的聚焦高斯光脉冲脉宽、相互作用时间等激光参数对SBS特征参数（Stokes散射光脉冲波形、材料内部最大应力的时间演化及空间分布、脉宽压缩效果、能量提取效率及Stokes散射光的共轭保真度）的影响.同时发现，SBS过程中产生的超声应力不仅会对SBS介质前表面造成破坏，还可能对焦点附近造成破坏；调整各激光参数还会使焦点附近优于前表面先破坏.数值模拟中采用的抽运光是聚焦高斯光束. 关键词： 受激布里渊散射 斯托克斯散射光 冲击应力 能量反射率     

种子光与抽运光能量比对布里渊放大的影响

利用瞬态包含抽运抽空的受激布里渊散射理论模型对布里渊放大器进行了数值模拟,给出了布里渊放大器中能量提取效率、种子光放大率、种子光脉宽压缩率和抽运光脉宽压缩率随Stokes种子光与抽运光能量比的变化规律,并用实验进行了验证,理论与实验符合得较好 关键词： 布里渊放大器 提取效率 种子光与抽运光能量比     

后向受激布里渊散射诱导的光学材料破坏机理研究

 区别于传统的受激布里渊散射(SBS)发生器和放大器，提出了一种新型的SBS模型：自供种子光模型 (self Stokes seeding，SSS)。数值求解了SBS耦合波方程组，得到了SBS诱导应力的时空分布。基于SSS建立了高功率激光辐照下光学材料破坏阈值的计算模型，研究了SBS破坏阈值与激光脉宽以及作用区长度的关系。研究发现，SBS作为一种破坏机制，表现为前表面破坏，且破坏阈值与激光脉宽以及作用区长度均成反比。     

熔融石英玻璃受激布里渊散射效应实验研究

以自行研制的大能量单纵单横电光调Q激光系统作为抽运源，在小尺寸(2 cm×2 cm×4 cm)的熔融石英玻璃样品中实现了强烈发展的受激布里渊散射(SBS)过程，在工作介质无损伤的情况下，相位共轭波能量高达110 mJ，反射率约为60％.还研究了SBS能量反射率与入射角之间的关系，证实了此前提出的“自供种子光(self-Stokes-seeding)”效应的存在.提出了双棒串接的构型，得到了更为高效的SBS过程. 关键词： 受激布里渊散射 熔融石英玻璃 激光损伤 反射率     

种子场对单池受激布里渊散射脉冲波形保真的影响

受激布里渊散射(SBS)产生池中引入种子光场，在种子场诱导下产生SBS，这不但可以降低SBS阈值，更可以获得最小的SBS脉冲形变，确保与抽运光波形基本一致，获得高波形保真.从理论和实验两方面研究了种子光强弱对脉冲波形保真的影响. 关键词： 受激布里渊散射 脉冲波形保真 注入种子     

光纤受激布里渊散射的散射特性数值研究EI北大核心CSCD

基于受激布里渊散射Langevin噪声模型,通过近似的三波耦合方程组,采用了时域有限差分法,对光纤中受激布里渊散射过程进行数值模拟计算。对长度为10 km,折射率为1.5132的单模光纤,分析了50μs内光纤中的光场和声波场的时间和空间变化特性和散射光的功率变化特性。数值模拟中,在一定的抽运入射光作用下,把Stokes光作为起振光入射到光纤的另外一端,发现起振光的存在与否会影响到抽运光场、散射光场和声波场的时间空间振幅变化,并且得出存在Stokes光时散射光的功率随时间趋于饱和以及没有Stokes光时散射光功率随时间的近似线性变化。     

水中受激布里渊散射微弱Stokes信号光的高增益放大

采用脉冲宽度为7.2 ns的种子光注入式倍频Nd:YAG脉冲激光器,以CS₂为放大介质,实验并理论研究了水中受激布里渊散射微弱Stokes光的信号增益随延迟时间、放大器池长、抽运光能量的变化规律. 结果表明,当抽运光脉冲相对信号光脉冲延迟进入放大器,且延迟时间为脉冲宽度的一半,抽运光能量略低于介质受激布里渊散射阈值,选择合适的放大器池长可获得最佳的信号增益. 适当选择抽运光能量,亦可实现微弱信号光的线性放大. 实验中采用独立双池放大系统,当水中Stokes信号光的能量为1 pJ时,信 关键词： 布里渊放大器 信号增益 延迟时间 抽运光能量     

光纤受激布里渊散射的散射特性数值研究

基于受激布里渊散射Langevin噪声模型,通过近似的三波耦合方程组,采用了时域有限差分法,对光纤中受激布里渊散射过程进行数值模拟计算。对长度为10 km,折射率为1.5132的单模光纤,分析了50μs内光纤中的光场和声波场的时间和空间变化特性和散射光的功率变化特性。数值模拟中,在一定的抽运入射光作用下,把Stokes光作为起振光入射到光纤的另外一端,发现起振光的存在与否会影响到抽运光场、散射光场和声波场的时间空间振幅变化,并且得出存在Stokes光时散射光的功率随时间趋于饱和以及没有Stokes光时散射光功率随时间的近似线性变化。     

抽运功率密度对布里渊放大的影响

利用瞬态包含抽运抽空的SBS理论模型对布里渊放大器进行了数值模拟,给出了能量提取效率、Stokes种子光放大率、Stokes种子光脉宽压缩率和抽运光脉宽压缩率随抽运功率密度的变化规律.并用实验进行了验证,理论与实验符合得较好. 关键词： 布里渊放大器 能量提取效率 抽运功率密度     

Investigations on coherence of stimulated Brillouin scattering excited by a single-mode-pulsed laser

We experimentally studied the temporal coherence of stimulated Brillouin scattering (SBS) excited by a single-longitude-mode laser. We found that the temporal coherence of SBS is variable but not fixed. In a certain range above the threshold pump energy in which the pulse of the Stokes component is Fourier limited, the coherence length is considerably long, although the temporal coherence decreases with increasing pulse compression rate. If the Fourier transform condition is not satisfied for the pulse of the Stokes component, the temporal coherence decreases rapidly, and the coherence length is much shorter.     

基于SBS效应激光波长对光学材料损伤的影响

从耦合波理论出发,采用纵向受激布里渊散射(SBS)模型,通过时域有限差分法数值求解了瞬态SBS耦合波方程组,得到了泵浦光、Stokes光强度及声波产生应力随时间的分布;研究了在三种常见波长激光(基频、倍频和三倍频)作用下SBS效应的发展过程及其对光学材料损伤过程的影响。结果表明:种子光作用主要体现在SBS起振阶段,一旦进入稳态阶段,Stokes光强及应力发展的最大值、稳态值依赖于泵浦光的大小;在相同脉冲宽度下,激光波长越短,SBS发生越早,发展越快,更易造成光学元件的力学损伤;三倍频激光产生最大应力为基频光产生最大应力的100倍,且相比于倍频激光,产生最大应力的时刻要提前15ns。     

受激布里渊散射相位共轭激光组束规律的研究

 提出了一种新的SBS激光组束的方法。此方法中，一束按时间分布的激光脉冲序列作为泵浦光从SBS放大池的一端入射，另一束Stokes频移种子光从SBS池的另一端入射，Stokes种子光在SBS池的相互作用区提取泵浦光能量。研究了组束效率和输出脉宽随脉冲串个数、间隔和泵浦功率密度等的变化规律。研究结果表明种子注入型泵浦脉冲串的受激布里渊散射相位共轭组束是一种高效的组束方法。     

Investigation on the output energy characteristic of optical limiting based on stimulated Brillouin scattering

Stimulated Brillouin scattering (SBS) featuring sub-nanosecond response time takes place at a high power threshold, which enables its application at a high power density. When the intensity of input light excesses the SBS threshold, strong SBS process takes place through SBS medium, leading to a quick energy transfer from pump to the Stokes and thereby an optical limiting characteristic in the output energy. In this paper, the correlation between SBS output energy and input power density is numerically simulated and validated in the Nd: YAG Q-switch laser system. The results indicate that not only the output energy exhibits an optical limiting characteristic, but also the clamped value of output energy can be controlled by changing the medium or the focal length.     

Generation of multiorder Stokes and anti-Stokes lines in a Brillouin erbium-fiber laser with a Sagnac loop mirror

We have demonstrated a novel multiwavelength lasing scheme in which a Brillouin erbium-fiber laser with a Sagnac loop mirror and a metal-coated planar mirror were used. The Sagnac loop permitted the simultaneous presence of a stimulated Brillouin scattering (SBS) pump and Stokes lines within the loop and thus generated high-order Stokes and anti-Stokes waves through a four-wave mixing (FWM) process. A total of 34 lines of Stokes and anti-Stokes waves with 0.08-nm line spacing was generated through the SBS and FWM processes with 1.5-mW SBS pump power at 1561 nm and 80-mW erbium-doped-fiber pump power.     

受激布里渊散射光限幅输出波形控制研究

数值模拟了种子场诱导受激布里渊散射光限幅过程的限幅输出波形特性.得到利用种子场控制限幅脉冲波形的规律：选取种子场脉冲宽度为抽运脉冲宽度的五倍，抽运脉冲相对于种子脉冲的延迟时间控制在与抽运脉冲宽度相当时，限幅输出波形最佳.限幅输出波形同时受抽运光功率影响，随抽运能量的增加，限幅脉冲功率不断下降，直至趋于0. 关键词： 受激布里渊散射 限幅输出波形 注入种子