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     

分立式色散补偿拉曼放大器增益特性及非线性现象研究

分立式色散补偿拉曼放大器具有兼顾色散补偿和信号放大的特点，在通信系统中展现出广阔的应用前景.对反向抽运的C波段色散补偿分立式拉曼放大器的增益谱形状，增益饱和及受激布里渊散射等特性进行了较为详细的实验研究. 关键词： 分立式色散补偿拉曼放大器 增益饱和 受激布里渊散射 斯托克斯波     

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.     

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。     

基于双向拉曼放大的布里渊光时域分析系统

报道了一种基于双向拉曼放大的布里渊光时域分析系统(Brillouin optical time domain analyzer,BOTDA).利用双向拉曼抽运对信号光进行拉曼放大以补偿光纤损耗及布里渊抽运波的消耗,从而使光纤后端的测量分辨率得到改善,测量分辨率在整段传感光纤趋于一致,同时避免了调制不稳定性引起的频谱扩展,克服了传统BOTDA存在的信号强度指数下降的弊端,使传感精度得到进一步提高.实验实现了50 km传感距离, 温度分辨率达0.6 ℃,空间分辨率为50 m.实验测量并分析了基于双向拉曼放大的BOTDA信噪比和光功率分布特性. 关键词： 分布式光纤传感 受激拉曼放大 布里渊增益 布里渊光时域分析     

增益竞争双波长放大单频光纤放大器理论研究

引入增益竞争是抑制单频光纤放大器中受激布里渊散射(SBS)的有效方式. 在单频光纤放大器的基础上, 推导了描述增益竞争双波长放大单频掺镱双包层光纤放大器的稳态速率方程组, 建立了增益竞争双波长放大单频光纤放大器的理论模型; 利用建立的理论模型模拟分析了信号光波长间隔、 信号光种子功率比、 抽运方式和增益光纤长度等因素对放大器的单频激光输出 效率以及SBS抑制效果的影响.     

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。     

后向泵浦高功率掺镱光纤放大器的非弹性散射效应

 在考虑受激布里渊散射和受激喇曼散射效应的基础上,数值求解了双包层掺镱光纤放大器的速率-传输方程,分析了后向泵浦高功率掺镱光纤放大器在不同信号光线宽、光纤长度和纤芯直径下的输出特性,研究了受激布里渊散射和受激喇曼散射的抑制条件。计算结果表明:在后向泵浦方式下,若掺镱光纤长度小于0.68 m,纤芯直径大于26 μm,信号光线宽大于0.04 nm,则放大过程中的受激布里渊散射和受激喇曼散射能同时得到有效抑制。     

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。     

Amplification effect on SBS and Rayleigh scattering in the backward pumped distributed fiber Raman amplifier

The amplification effect on stimulated Brillouin scattering （SBS） and Rayleigh scattering in the backward pumped G652 fiber Raman amplifier （FRA） is studied. The pump source is a 1427.2-nm fiber Raman laser whose power is tunable between 0 - 1200 mW, and the signal source is a tunable narrow spectral bandwidth （〈 10 MHz） external cavity laser （ECL）. The Rayleigh scattering lines are amplified by the FRA and Stokes SBS lines are amplified by the FRA and the fiber Brillouin amplifier. The total gain of SBS lines is the production of the gain of Raman amplifier and that of Brillouin amplifier. In experiment, the SBS gain is about 42 dB and the saturation gain of 25-km G652 backward FRA is about 25 dB, so the gain of fiber Brillouin amplifier is about 17 dB.     

一种新型自激发布里渊掺铒光纤激光器

利用级联的受激布里渊效应,自激发布里渊掺铒光纤激光器可以实现常温下的多波长激光输出。通过在自激发掺铒光纤激光器中引入一个高双折射萨尼亚克(Sagnac)环形滤波器,调节萨尼亚克环形滤波器的偏振控制器(PC),实现了可调谐多波长输出,同时在实验中观测到双布里渊多波长带的现象。研究了这种光纤激光器中萨尼亚克环形滤波器的带宽和980 nm抽运光功率对输出波长数的影响,在萨尼亚克环形滤波器的带宽为83.3 nm以及980 nm抽运光功率为260 mW时,得到了52个间隔为0.088 nm的多波长激光输出。     

Amplification effect on stimulated Brillouin scattering in the S-band forward G652 fiber Raman amplifier

The amplification effects on forward and backward stimulated Brillouin scattering (SBS) lines in the forward pumped S-band distributed G652 fiber Raman amplifier (FRA) have been studied. There is a pump threshold power of Stokes backward stimulated Brillouin scattering (B-SBS) line in the forward pumped G652 FRA, it is about 1 mW. The Stokes B-SBS lines are amplified by FRA and fiber Brillouin Brillouin gain. In experimental work, the saturation gain of the first order Stokes backward SBS line is about 58 dB and the saturation gain of 25-km G652 forward FRA is about 25 dB, so the gain of FBA is about 33 dB. The forward stimulated Brillouin scattering (F-SBS) is generated and amplified in S-band G652 FRA. The stimulated threshold powers of the forward first order Stokes SBS (SB1-), second order Stokes SBS (SB2-), and third order SBS (SB3-) in the forward pumped FRA are 2.3, 1.6, and 1.6 mW,respectively. In experimental work, the saturation gains of SB1-, SB2-, and SB3- are about 38, 62, and 60 dB, respectively. The saturation Raman gain of 25-km G652 forward FRA is about 8.8 dB, so the Brillouin gains of SB1-, SB2-, and SB3- are about 29.2, 53.2, and 51.2 dB, respectively. The forward and backward cascaded SBS lines have been observed.     

Study on forward stimulated Brillouin scattering in a backward pumped fiber Raman amplifier

Strong multi-order forward stimulated Brillouin scattering (SBS) has been observed in the backward pumped S-band distributed fiber Raman amplifier (FRA) with tunable narrow signal source (less than 100 MHz) when the pump power of FRA reached the SBS threshold. This does not obey the theory that only weak backward SBS lines exist according to the conservation of energy and momentum and the wave vector selected rule. This is because the sound waveguide characteristic weakens the wave vector rule, and the forward transmitted sound waveguide Brillouin scattering lines are generated and amplified in FRA.When the pump power is further increased, 11 orders of SBS lines and comb-like profile are observed. For the excited line, the frequency is 197.2296 THz and the power is 0 dBm. The even order SBS lines are stronger than odd order SBS lines, the power of the 2nd and 4th order SBS lines is 1.75 dBm, which is 16 dB higher than that of the 1st and 3rd order SBS lines. The odd order SBS lines are named BrillouinRayleigh scattering lines.