组合型光纤相位共轭器的数值模拟

组合光纤是一种结合了小口径光纤SBS阈值低和大口径光纤损伤阈值高的特点而形成的新型光纤相位共轭器。通过建立数学模型,数值计算了组合光纤中SBS形成的过程,并对其特性参数进行了一定的理论分析。结果表明组合光纤不但可以大幅度降低SBS阈值、获得高反射率和扩大动态范围,而且通过优化其几何尺寸可以抑制Stokes波形的波动现象并显著压缩泵浦光脉冲。     

光纤中的瞬态SBS过程的数值分析与探讨

 通过数值方法得到了光纤中的瞬态SBS过程中耦合波和声场的强度分布图，从而分析了光纤中瞬态SBS的发生过程以及光纤长度、泵浦脉宽等因素对SBS反射率及阈值的影响，据此提出了一种新的光纤相位共轭器。     

相位调制信号对窄线宽光纤放大器线宽特性和受激布里渊散射阈值的影响

高功率窄线宽光纤放大器的输出功率主要受限于受激布里渊散射(SBS)效应,通过相位调制进行线宽展宽可以有效抑制SBS效应.基于窄线宽光纤放大器中的SBS动力学模型,研究了正弦信号、白噪声信号和伪随机编码信号(PRBS)对窄线宽光纤放大器光谱特性与SBS阈值的影响.研究发现,采用不同信号进行相位调制时,调制频率和调制深度等参数对调制后激光光谱的谱线间隔、谱线数目与光谱平整度的影响存在较大差异,进而影响放大器的线宽特性和SBS阈值.通过对比分析,给出了调制信号的类型选择和参数优化原则,能够为窄线宽光纤放大器的相位调制系统设计提供参考.     

光隔离器法抑制Michelson干涉型光纤水听器中的SBS

光纤水听器是利用光的干涉信号进行探测的,但随着入射光功率的增加,易发生受激布里渊散射（stimulated Brillouin scattering,SBS）效应,并因而产生噪声,限制入射光功率的增加,极大地影响探测信号。为了抑制SBS效应,提高光纤水听器性能,以Michelson型光纤水听器为例,从实验和理论上研究了SBS及其阈值特性。根据阈值公式分析了提高阈值的方法,着重讨论了光隔离器法对SBS的抑制。最后利用时域有限差分方法对光纤内的入射光、Stokes光和声波的时空分布进行了分析。只要给出初始条件及光纤参数即可得出光纤内各波的时空分布。通过开展抑制此效应的研究,不仅为可调谐相干光的产生提供一个新途径,而且可作为一种有效手段来研究各种光纤系统中的散射特性。     

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。     

色散补偿对SBS效应抑制作用的研究

根据光传输系统中受激布里渊散射(SBS)效应产生的基本原理分析了色散对SBS效应的抑制作用,定性分析了不同色散补偿方法对SBS效应的抑制效果,得出了前置色散补偿可以很好地抑制光纤中SBS效应的结论,并用实际的光传输系统进行了实验验证,在入纤功率小于6dBm、信号速率为10Gbps、传输光纤为G.652的光传输系统、前置色散补偿为-800ps/nm情况下,可以提高系统的SBS效应阈值2dB左右。     

1.06kW 13GHz线宽全光纤激光器

分析了高功率光纤激光器中受激布里渊散射(SBS)效应的抑制方法。研究表明,利用宽带噪声源高速相位调制展宽光谱的方法对于抑制SBS十分有效,可实现kW级用于光谱组束的数10GHz高功率光纤激光子束。通过理论计算线宽与SBS阈值的关系,并分析噪声相位调制各参数对SBS阈值提升的影响,优化了光纤激光器设计参数。通过宽带噪声高速相位调制的方法,展宽单频种子源线宽至13GHz,通过两级预放大至10 W后,使用20/400μm掺Yb光纤最终实现了中心波长1064nm、线宽13GHz、最高功率1.06kW的激光输出,光束质量M21.2,光-光转换效率86%,实验过程未观测到模式不稳定性现象。进一步扩宽噪声源频带,加大调制深度,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出。     

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.     

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1 nm）,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。     

瑞利布里渊光时域分析系统传感性能的提升方法

将多波长激光光源技术引入瑞利布里渊光时域分析系统,其中抑制载波的微波调制多波长脉冲基底1阶边带会在传感光纤中产生多波长背向瑞利散射;将该散射光作为探测光与多波长传感脉冲发生受激布里渊散射(SBS)作用,可有效地提高光纤SBS阈值和SBS作用效率,进而提高系统信噪比和布里渊频移的测量精度。分析了相位调制器产生多波长激光光源的原理以及利用电光强度调制器产生作为探测光的多波长斯托克斯和反斯托克斯激励光的原理,建模分析了多波长瑞利布里渊光时域分析系统原理,给出了系统信噪比与波长数关系的表达式;搭建了单波长和三波长光纤SBS阈值测量系统及瑞利布里渊光时域分析系统,测量了光纤的SBS阈值和系统性能。实验结果表明,当单波长与三波长瑞利布里渊光时域分析系统的传感脉冲宽度为100ns,峰值功率为100mW,单个波长的脉冲基底功率约为1.3mW,传感光纤长度为2.4km时,三波长较单波长系统的光纤SBS阈值和信噪比分别提高了3倍和2.83倍,在2km光纤内布里渊频移波动由33.4 MHz降至15.6 MHz。     

Numerical analysis of stimulated inelastic scatterings in ytterbium-doped double-clad fiber amplifier with multi-ns-duration and multi-hundred-kW peak-power output

We investigate the stimulated Brillouin scattering (SBS) and the stimulated Raman scattering (SRS) in an ytterbium-doped double-clad fiber amplifier that outputs optical pulses with multi-ns-duration and multi-hundred-kW peak-power. The ytterbium-doped double-clad fiber amplifier is simulated by a model which is composed of a set of propagation-rate equations. The simulated results show that SBS and SRS will deform the output signal pulse in both the time domain and the spectral domain, and degrade the performance of the ytterbium-doped double-clad fiber amplifier seriously. It is shown in our simulation that the troublesome SBS can be effectively suppressed by broadening the signal linewidth to a critical value of 0.07 nm in our calculation, and the effect of SRS can be suppressed using a large-mode-area fiber with proper length. The model and the simulated results are very useful for designing an ultra-high-power ytterbium-doped double-clad fiber amplifier.     

基于光纤中SBS相位共轭的自调Q光纤激光器

分析了利用光纤中的受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)相位共轭效应进行激光腔内调Q,产生ns量级脉冲激光的原理,并对利用该效应产生的激光脉冲波形和脉冲形成过程进行了数值模拟,得到的脉冲波形与SBS相位共轭反射率随时间变化曲线基本一致,表明利用光纤中的SBS相位共轭作用调Q具有可行性.据此,对采用单模光纤(single-mode fiber,SMF)作为SBS池的Er³⁺掺杂调Q光纤激光器进行实验研究.当单模光纤长度为1.5 m时,在45 mW的光抽运功率下得到脉宽约2.6ns,脉冲周期58.23ns,平均功率7.35mW的激光脉冲.进一步的研究表明:激光器中相位共轭镜的形成与SBS介质长度有关,SBS介质过长,斯托克斯线之间无固定的相位关系,不能形成相干叠加,SBS相位共轭腔不能形成;SBS介质过短,腔内正交偏振模光子寿命的改变使脉冲出现双峰现象.脉冲形成后其属性只与SBS动态属性有关.     

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。     

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.     

Instability of Stimulated Brillouin Scattering in a Fiber Ring Resonator

We investigate theoretically the instability of transient stimulated Brillouin scattering (SBS) in a high- finesse fiber ring resonator consisting of a fiber ring and directional coupler. Unlike many reports to date, the linear phase detuning of the cavity is taken into account. It is found that SBS instabilities including the self-pulsing and chaotic behavior can occur even if the length of the fiber resonator is very short. SBS instabilities depend strongly on the linear phase detuning, the input power, and the coupling coefficient of the coupler.     

A 168-W high-power single-frequency amplifier in an all-fiber configuration

We present a high-power,single-frequency,narrow linewidth fiber amplifier based on master oscillator power amplification chains in an all-fiber configuration.The effect of the delivery fiber on the maximum output power is studied.A home-made 1064-nm seed laser with a 20-kHz linewidth is boosted to 129 W,and limited by stimulated Brillouin scattering(SBS) when the delivery fiber is 1.2 m long.By shortening the delivery fiber length to 0.7 m,the SBS threshold is increased efficiently and the maximum output power rises to 168 W with an 82.9% power conversion efficiency.The experimental results indicate that the output power can be further raised by shortening the delivery fiber length and increasing the pump power.     

A 168-W high-power single-frequency amplifier in an all-fiber configuration

We present a high-power, single-frequency, narrow linewidth fiber amplifier based on master oscillator power amplification chains in an all-fiber configuration. The effect of the delivery fiber on the maximum output power is studied. A home-made 1064-nm seed laser with a 20-kHz linewidth is boosted to 129 W, and limited by stimulated Brillouin scattering (SBS) when the delivery fiber is 1.2 m long. By shortening the delivery fiber length to 0.7 m, the SBS threshold is increased efficiently and the maximum output power rises to 168 W with an 82.9% power conversion efficiency. The experimental results indicate that the output power can be further raised by shortening the delivery fiber length and increasing the pump power.