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。     

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。     

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.     

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。     

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.     

受激布里渊散射介质CCl4中脉冲传输与功率限幅特性

分析了受激布里渊散射介质CCl4对纳秒激光脉冲的传输特性及功率限幅特性. 结果表明：透射脉冲波形随抽运光能量增加而压缩变形，脉冲前沿保持高斯型，后沿被压缩成功率“平台”，功率“平台”随抽运脉冲能量增加而逐渐变宽，但功率水平不变，表明该光学系统具有的功率限幅特性. 详细分析了功率限幅特性随抽运能量的变化规律和时间响应特性规律，采用脉宽为10ns、波长为1.06μm的Nd:YAG激光脉冲进行实验验证，理论与实验结论相符合.  关键词： 受激布里渊散射 功率限幅     

光学击穿对宽带受激布里渊散射及受激拉曼散射特性的影响

实验上分析了在多模激光抽运的条件下,水中宽带受激布里渊散射(WSBS)及前向受激拉曼散射(FSRS)产生的物理机制及二者之间能量变化的关系。实验结果表明,在多模激光抽运过程中,WSBS能量与FSRS能量处于不断变化的状态。聚焦长度较短或抽运光能量相对较低时,WSBS在散射过程中占据主导地位;随着聚焦长度和抽运光能量的增加以及光学击穿的产生,FSRS在散射过程中逐渐占据优势。     

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。     

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     

单模光纤中受激拉曼散射的阈值特性研究

理论分析并仿真了单模光纤中前向和后向拉曼Stokes光功率随输入抽运光功率的变化规律,发现其具有明显的阈值特性。由此提出了一种新的单模光纤拉曼阈值的定义,将拉曼Stokes光功率随输入抽运光功率变化曲线的二阶微分的最大值对应的输入抽运光功率定义为单模光纤拉曼阈值,还给出了与之相应的单模光纤拉曼阈值的测量方法,通过对单模光纤拉曼阈值随单模光纤特征参数的变化规律进行仿真和拟合,分别获得了单模光纤中前向和后向拉曼阈值方程。搭建了实验平台,采用脉冲光抽运,对长度为24km的单模光纤中前向和后向受激拉曼散射的阈值特性进行了实验验证,结果表明,实验结果与理论分析和仿真结果相符合,验证了所提出的阈值定义和测量方法的有效性,实验中还发现,在不同的光纤特征参数下,单模光纤后向拉曼散射阈值比前向时平均提高了24.9%,与理论仿真结果的25.3%相符合,表明单模光纤中前向受激拉曼散射更容易产生。     

利用相位共轭镜产生高质量宽度可调脉冲

实验研究了双池受激布里渊散射系统中的脉冲压缩。通过简单地改变双池间距可以获得脉宽可调的优质光束,脉宽可调范围依赖于抽运能量。增大抽运能量,脉宽可调范围也相应地增大。对双池受激布里渊散射系统的脉冲波形进行了数值模拟,理论计算结果与实验符合得很好。     

水的衰减系数及有效增益长度对受激布里渊散射输出能量的影响

本文从理论和实验上分析了水的衰减系数及有效增益长度对受激布里渊散射(SBS)输出能量的影响。实验结果表明,衰减系数越小,SBS输出能量越高。由于脉宽压缩效应,当入射光能量足够高并且有效增益长度相对较长时,SBS易获得高能量而形成极高的峰值功率。一旦这种峰值功率超过受激拉曼散射(SRS)或者二阶SBS阈值,SBS就会作为一个新的激发源去激发SRS或者二阶SBS,从而消耗掉部分SBS的能量,所以会出现后向有效增益长度越长,SBS的输出能量越低的现象。 关键词： 受激布里渊散射 衰减系数 有效增益长度 脉宽压缩     

受激布里渊散射介质CCl_4中脉冲传输与功率限幅特性

分析了受激布里渊散射介质CCl4 对纳秒激光脉冲的传输特性及功率限幅特性 .结果表明 :透射脉冲波形随抽运光能量增加而压缩变形 ,脉冲前沿保持高斯型 ,后沿被压缩成功率“平台” ,功率“平台”随抽运脉冲能量增加而逐渐变宽 ,但功率水平不变 ,表明该光学系统具有的功率限幅特性 .详细分析了功率限幅特性随抽运能量的变化规律和时间响应特性规律 ,采用脉宽为 10ns、波长为 1 0 6 μm的Nd :YAG激光脉冲进行实验验证 ,理论与实验结论相符合 .     

抽运能量对受激布里渊散射光限幅特性的影响

采用布里渊噪声起源模型,数值模拟了受激布里渊散射介质CCl4对波长1064nm的Nd：YAG纳秒激光脉冲的传输特性及光限幅特性。入射抽运脉冲能量较低时,非线性介质对纳秒激光脉冲呈光学透明。入射抽运脉冲能量高于受激布里渊散射产生阈值后,透射脉冲峰值受限,脉宽压缩,能量趋于饱和,说明该光学系统同时具有光功率限幅和能量限幅的光限幅特性。利用理论模型模拟了如下光限幅参量：透射脉冲峰值功率、透射能量、能量透射率、脉宽压缩率依赖抽运光能量的变化关系。相应的理论模拟计算结果由实验进行验证,实验结果与理论模拟相符合。     

相位共轭激光对光学参变振荡器阈值影响的分析

实验上利用受激布里渊散射相位共轭Nd∶YAG激光器抽运KTP非临界相位匹配 (θ =90° ,φ =0 )光学参变振荡器 ,起振阈值比用普通激光器抽运降低 5 0 %。理论上根据受激布里渊散射后向散射光的空间、时间分布特性 ,即光束质量的改善和特殊的窄脉宽、陡前沿脉冲分布 ,分析了这些因素对单共振光学参变振荡器阈值性能的影响     

频带色散法改善宽线宽激光受激布里渊散射效果的实验研究

利用频带色散法，让宽线宽，多横模电光调Q Cr:LiSAF激光输出脉经过多个色散棱镜，频带被色散后，再聚焦到装有CS2散射介质的池中，产生后向受激布里渊散射，脉宽的压缩率较大，约为5倍，与无色散棱镜情况相比，阈值能量有所降低，并能很有效改善抽运激光的光束质量。     

相遇时间对布里渊放大的影响

利用瞬态包含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，给出了布里渊放大中能量提取效率，斯托克斯种子光放大率，斯托克斯种子光脉宽压缩率和抽运光脉宽压缩率在几种不同的种子光和抽运光能量比下随不同相遇时间的变化规律，在实验上取了三种不同的相遇时间进行了验证，理论与实验符合得较好。     

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     

带空气狭缝倒置结构的脊型硫系光波导后向受激布里渊散射研究

受激布里渊散射效应具有光谱线宽窄、频率稳定和增益方向敏感等优点,常用于激光器,慢光产生和微波光子滤波器等.本文基于As₂S₃硫系玻璃、以SiO₂为衬底设计了一种亚微米尺寸的带空气狭缝倒置结构脊型波导结构,具有高达8.22×10⁴ W^–1·m^–1的后向受激布里渊散射增益系数.研究显示在该结构的同种光学和声学模式下,更小的声光场有效模场面积具有更高的后向受激布里渊散射增益系数.还分析了硫系玻璃的光学损耗对后向受激布里渊散射的影响,发现当波导长度超过最优值后,斯托克斯光波功率开始下降,而增大泵浦光功率不仅可以提高斯托克斯光波功率的极大值,同时还会增大波导长度的最优值.当所输入的泵浦光功率为20 mW时,受激布里渊散射增益达到100 d B波导长度仅需要2 cm,这非常有利于光子器件的片上集成.