大型光学元件中的横向受激布里渊散射

研究大型光学元件中横向受激布里渊散射的特点和破坏机制,以及横向受激布里渊散射的抑制方案。在理论分析的基础上,进行数值模拟。当入射光强足够高,材料的横向尺寸足够大时,在受激散射过程中产生的弹性声波场有可能超出材料的抗拉强度,从而引起力学破坏;增加泵浦光带宽可以显著降低散射光的增益。强激光辐照下的大尺寸光学元件中很容易激发横向受激布里渊散射;对于大多数强激光系统,20GHz的带宽已经足以抑制TSBS带来的影响。     

光纤中基于双布里渊增益线的受激布里渊散射快光

为了解决受激布里渊散射快光在高吸收区产生损耗的问题,通过分析普通单模光纤中双线泵浦产生的双布里渊增益线特性及在增益峰间实现脉冲的超光速传输理论,利用有限元法数值模拟了双布里渊增益线处受激布里渊散射引起的快光特性。结果表明,当频率分离因子大于0.596时,可以观察到双增益峰;当频率分离因子在1~5.25范围内时,两个泵浦波产生的双增益峰之间可以明显地产生快光;当频率分离因子为1.75时,在双布里渊增益线之间的最大时间提前可达25 ps。当频率分离因子为2.42时,三阶色散所对应的归一化色散长度为无穷大,三阶色散可以得到完全补偿;当频率分离因子大于2.464时,脉冲展宽因子趋近于1,可以实现无畸变传输,但时间提前量小于13.52 ps。本文的研究结论对于在布里渊增益区实现快光具有一定的理论意义,并对设计基于受激布里渊散射快光器件具有理论指导作用。     

基于受激布里渊散射的宽带宽和高精度的微波频率瞬时测量

提出了一种基于受激布里渊散射效应的瞬时频率测量方法.未知信号经过强度调制作为泵浦光,矢量网络分析仪产生的信号经过相位调制作为扫描信号光,当泵浦光和扫描信号光之间满足相位匹配条件时,受激布里渊散射效应发生并实现相位调制到强度调制的转换,未知信号的频率被测量.实验验证可以测量0.5 GHz-27 GHz的微波信号的频率,最大误差小于20 MHz.     

啁啾脉冲受激布里渊散射的理论研究

推导了描述调频激光受激布里渊散射的耦合波方程和准静态近似下增益因子的表达式，分析了啁啾脉冲的散射过程，讨论了泵浦激光和斯托克斯信号光率调制方式，带宽对泵浦光能量抽取效率和斯托克斯光脉冲波形的影响。     

基于受激布里渊散射的宽带宽和高精度的微波频率瞬时测量（英文）

提出了一种基于受激布里渊散射效应的瞬时频率测量方法.未知信号经过强度调制作为泵浦光,矢量网络分析仪产生的信号经过相位调制作为扫描信号光,当泵浦光和扫描信号光之间满足相位匹配条件时,受激布里渊散射效应发生并实现相位调制到强度调制的转换,未知信号的频率被测量.实验验证可以测量0.5GHz-27GHz的微波信号的频率,最大误差小于20 MHz.     

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     

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.     

光学击穿对受激布里渊散射特性的影响

把雪崩电离模型引入受激布里渊散射模型中，数值模拟了无光学击穿和有光学击穿时受激布里渊散射能量反射率随输入光功率密度的变化规律.实验上选取净化和未净化的CCl₄作为散射介质，在Nd:YAG调Q激光系统中进行了验证，理论与实验符合得很好.结果表明：当无光学击穿时，随着输入光功率密度的增大，能量反射率先是非线性增大，然后缓慢增大趋于饱和；而当有光学击穿时，随着输入光功率密度的增大，能量反射率先是非线性增大，达到最高值之后开始下降，最终趋于零.无光学击穿时的能量反射率及其稳定度明显高于有光学击穿时的情况. 关键词： 受激布里渊散射 光学击穿 雪崩电离     

光纤中双泵浦低失真受激布里渊散射快光

采用快速傅里叶变换算法,数值模拟了双泵浦宽带布里渊吸收谱的受激布里渊散射快光.模拟结果表明信号脉冲的时间提前、衰减和脉冲展宽因子容易受到两个泵浦光的相对频率分离因子、输入泵浦光的功率以及光纤长度的影响.优化设计频率分离因子、输入泵浦光的功率以及光纤长度,224ps高斯信号脉冲实现了80ps的最大提前量和0.87的最小展宽因子.研究结果可以提高光纤通信系统的数据速率,降低脉冲失真.     

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     

光纤中受激Brillouin散射动态弛豫振荡特性及其抑制方法

为了避免在高功率光纤放大器和光纤相位共轭镜等实际应用中因受激Brillouin散射（SBS）造成的光纤损伤,根据描述SBS动态弛豫振荡特性的振幅耦合方程,利用有限差分的数值模拟方法研究了光纤中SBS的动态弛豫振荡特性,并对其抑制进行了初步探讨.得到了光纤中SBS弛豫振荡在不同的脉冲上升时间的时空三维图;同时利用方波和脉冲光作抽运光进行了相应实验研究,实验结果与理论模拟结果符合很好.结果表明,增大抽运光脉冲上升时间可以有效抑制因SBS而产生的弛豫振荡,进而避免因其造成的光纤损伤. 关键词： 受激Brillouin散射 动态弛豫振荡特性 有限差分法     

Narrow spectral response of a Brillouin amplifier

We investigate the spectral response of a Brillouin amplifier in the frequency regime within the stimulated-Brillouin-scattering (SBS) bandwidth. This is done by amplitude modulating the pump with a low frequency; therefore, unlike in previous studies, the spectrum of the modulated pump is, in all cases, smaller than the SBS bandwidth. We show both theoretically and experimentally that, unlike phase modulation, amplitude modulation increases the Brillouin amplifier gain and that this effect has a very narrow bandwidth. Only modulation frequencies that are lower than a certain cutoff frequency increase the gain. This cutoff frequency can be arbitrarily small.     

Single-frequency Brillouin distributed feedback fiber laser

We demonstrate a single-frequency Brillouin distributed feedback laser (DFB). The DFB laser cavity was a 12.4 cm long fiber Bragg grating with a π-phase shift offset from the grating center. It exhibited a threshold of 30 mW and conversion efficiency from pump to Stokes wave as high as 27%. Higher-order Stokes waves were suppressed by more than 20 dB. The Stokes output of the laser could be obtained in either the forward or backward direction, simply by changing the orientation of the offset of the discrete phase shift with respect to the pump propagation direction. The DFB laser operated over a pump frequency range of 1.2 GHz, more than 60 times larger than the SBS gain bandwidth.     

对受激布里渊散射激光进行组束的数值模拟及方案设计

 提出了时间上串行的多路激光脉冲通过受激布里渊散射(SBS)池进行组束的方法,并对其进行了数值模拟研究。利用6束每束能量为45J的KrF激光进行组束, 可获得能量为141.89J,脉宽为670ps的Stokes输出光。根据模拟结果设计出了时间上串行的SBS激光组束的两个方案, 对其进行了讨论。数值模拟还发现在介质的增益系数更大、声子寿命更短的情况下,输出激光脉冲的脉宽可以压缩得更窄。     

受激布里渊散射相位共轭效应数值解

本文从联立麦克斯韦方程和介质的声振动方程出发，在缓变振幅近似及小信号近似下得到耦合波振幅方程，以丙酮（Ｃ＿３Ｈ＿６Ｏ）为ＳＢＳ介质，利用计算机进行了受激布里渊散射相位共轭效应数值求解，得到ＳＢＳ阈值、饱和效应及二维情况下的ＳＢＳ相位共轭效应。理论计算表明，在小信号情况下受激布里渊散射具有良好的相位共轭效果。     

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.     

Guided entropy mode Rayleigh scattering in optical fibers

Rayleigh scattering in optical fibers has the potential to degrade the performance of low-noise opto-electronic systems. In this Letter, we measure the Rayleigh gain spectrum of optical fibers. Our data show the gain bandwidth and the offset frequency of the Rayleigh gain peak. Both the gain bandwidth and the peak frequency are 3 orders of magnitude lower than the corresponding values for bulk silica. Our data suggest that the narrower gain bandwidth and frequency shift that we observe are due to guided entropy modes in the fiber. This effect is fundamental and will be present in any medium in which light is guided so that transverse intensity gradients exist.     

Statistical properties of stimulated Brillouin scattering in single-mode optical fibers above threshold

We performed numerical simulations to obtain statistical and spectral characteristics of stimulated Brillouin scattering (SBS) initiated by Gaussian noise in single-mode optical fibers. Recently published experimental spectra of SBS power [e.g., Phys. Rev. Lett. 85, 1879 (2000)] are explained completely by a one-dimensional SBS model. We give a clear physical insight into the problem and, for what is to our knowledge the first time, reveal how the probability function of Stokes power, the power-correlation function, and the SBS spectra evolve as key parameters of the model vary, leading to a modification of Stokes field statistics.     

受激布里渊散射中Stokes光高频调制的抑制

受激布里渊散射中Ｓｔｏｋｅｓ光高频调制的抑制哈元清杨经国（四川大学物理系成都６１００６４）ＲｅｄｕｃｅｔｈｅＳｔｒｏｎｇＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｔｏｋｅｓｉｎＳＢＳＨａＹｕａｎｑｉｎｇ，ＹａｎｇＪｉｎｇｇｕｏ（Ｄｅｐｔ．ｏｆＰｈｙ...