高非线性微结构光纤中基于受激布里渊散射的慢光延迟

全光连续可调的慢光技术在全光网络和光信息处理等领域具有重要的应用前景. 利用自行设计并拉制的高非线性微结构光纤, 实验研究了基于受激布里渊散射的可调谐慢光延迟. 采用单抽运光和单级延迟方案, 当抽运光功率为162.6 mW时, 在长度为120 m的高非线性微结构光纤中获得了最大76 ns的延迟量, 相当于0.76个脉冲宽度. 通过调节抽运光功率的大小, 可以实现对慢光延迟量的可调谐.该慢光延迟方案具有延迟量大、 全光可调谐及与现有光通信系统兼容等优势. 关键词： 慢光 微结构光纤 受激布里渊散射     

Investigation of stimulated Brillouin scattering for broadband KrF laser

Stimulated Brillouin scattering (SBS) numerical mode for broadband multimode KrF laser pump with optical breakdown has been built up in this paper. The basic premises of the model are that KrF spectrum is composed of an umber of lines and SBS arises from these lines with coupling to some extent. The broadband SBS threshold strongly depends on pump bandwidth. SBS and optical breakdown occur nearly simultaneously when broadband SBS and breakdown have the same threshold. The decrease of saturation reflectivity for broadband pump radiation is explained with this model. Experimental results agree well with the model.     

On‐chip laser processing for the development of multifunctional microfluidic chips

In the development of microfluidic chips, conventional 2D processing technologies contribute to the manufacturing of basic microchannel networks. Nevertheless, in the pursuit of versatile microfluidic chips, flexible integration of multifunctional components within a tiny chip is still challenging because a chip containing micro‐channels is a non‐flat substrate. Recently, on‐chip laser processing (OCLP) technology has emerged as an appealing alternative to achieve chip functionalization through in situ fabrication of 3D microstructures. Here, the recent development of OCLP‐enabled multifunctional microfluidic chips, including several accessible photochemical/photophysical schemes, and photosensitive materials permiting OCLP, is reviewed. To demonstrate the capability of OCLP technology, a series of typical micro‐components fabricated using OCLP are introduced. The prospects and current challenges of this field are discussed.

     

KrF激光受激布里渊散射反射率稳定性的研究

实验研究发现抽运功率密度（或抽运能量）的波动引起的受激布里渊散射(SBS)反射率的不稳定程度受实验参数（抽运能量、介质气压和透镜焦距）的影响.当抽运能量、介质气压和透镜焦距这三个参数同时满足下列条件时可以获得稳定的输出：抽运能量超过5倍的SBS阈值，介质气压在16×105Pa和透镜焦距在15—50cm的范围内；同时还发现当改变实验参数时SBS反射率与稳定性的变化规律完全一致，反射率越高稳定性越好.通过理论分析得到 SBS反射率的相对稳定度实际上是受GIL因子的影响，理论计算与实验符合得很好. 关键词： KrF激光 受激布里渊散射 反射率 稳定度     

On‐chip THz spectrometer for bunch compression fingerprinting at fourth‐generation light sources

The layout of an integrated millimetre‐scale on‐chip THz spectrometer is presented and its peformance demonstrated. The device is based on eight Schottky‐diode detectors which are combined with narrowband THz antennas, thereby enabling the simultaneous detection of eight frequencies in the THz range on one chip. The size of the active detector area matches the focal spot size of superradiant THz radiation utilized in bunch compression monitors of modern linear electron accelerators. The 3 dB bandwidth of the on‐chip Schottky‐diode detectors is less than 10% of the center frequency and allows pulse‐resolved detection at up to 5 GHz repetition rates. The performance of a first prototype device is demonstrated at a repetition rate of 100 kHz at the quasi‐cw SRF linear accelerator ELBE operated with electron bunch charges between a few pC and 100 pC.     

基于一种优化的梳状布里渊增益谱实现对任意周期信号的零展宽快慢光

在理论分析任意信号实现无畸变快慢光所需条件的基础上,根据周期信号的频谱特点,推导出一种优化的梳状布里渊增益谱的普适公式.利用该普适公式,可根据所需时间延迟或超前量,方便地得到周期信号每个离散频谱分量所对应的各离散布里渊增益谱的强度和增益谱峰值相对于频谱分量的偏移量,从而确定整个梳状布里渊增益谱的形状.通过对正弦信号、周期性高斯信号和周期性方波信号的数值计算,结果表明,利用该优化的梳状布里渊增益谱可实现这三种周期信号在零展宽下的快慢光,证实了所得普适公式的正确性.此外,通过调节各离散布里渊增益谱的强度和偏移量,时间延迟或超前量连续可调.     

单模光纤受激布里渊散射阈值的研究

为了研究单模光纤对城域网和接入网以及FTTH的容量与性能的提升,使用大功率、窄线宽的高性能光纤激光器作为系统光源,分别测量了3种光纤到户用单模光纤的受激布里渊散射（SBS）阁值。从理论上分析了光纤SBS阂值估算公式及影响阂值的因素,理论估算值与实验测量值吻合很好。实验发现的一种G．652D光纤具有高达12mw的SBS阈值,对此进行了分析。     

Dynamics of Stimulated Brillouin Scattering in a Short and High-Finesse Fiber Fabry-Perot Resonator

We theoretically investigate the dynamics of stimulated Brillouin scattering (SBS) in a short fiber Fabry-Perot resonator with reflection mirrors. The analysis is based on the coherent six-wave model including an optical Kerr effect and the linear cavity detunings for the pump and created Stokes waves are taken into account in the formulation. The instabilities including periodic, quasi-periodic and chaotic oscillations can occur owing to the Kerr effect even if the fiber resonator is so short as to ensure a single longitudinal-mode operation. The threshold power for SBS and the boundary power between the stable and unstable regions are numerically calculated as a function of the amplitude reflectance of mirrors for different cavity detunings. The dynamics of SBS and these two critical powers depend on the amplitude reflectance and the cavity detuning. Although an increase in the mirror reflectance decreases the threshold power for SBS, it may limit the utility of SBS since the stable region is narrow and the output power levels of the pump and Stokes waves are low.     

利用受激布里渊散射效应补偿激光大气传输过程中的畸变

提出了利用受激布里渊散射的阈值效应主动在非配合,扩展目标上实现小面积信标的方法,在不同的大气扰动条件（Cn^2=10^-16--10^-12)下,对激光的远距离（10km)补偿传输过程进行了模拟计算,获得了到达目标上的相位共轭光的光强分布。分别在不同的实验环境进行了激光补偿传输实验,其中激光补偿传输距离最远达到250m。实验结果证实了利用受激布里渊散射实现激光大气传输补偿的有效性,证明利用阈值效应在目标上主动获得小面积信标的方法是可行的。     

A new method for measuring the threshold of stimulated Brillouin scattering

A new method for measuring the threshold of stimulated Brillouin scattering (SBS) based on the generation location of a Stokes beam is proposed for the first time to our knowledge. The length of the medium cell is selected to be longer than the free gain length of pump pulses in the Brillouin medium. The reflected light from a certain mirror in front of the medium cell is chosen as the reference beam, and the SBS threshold is measured by the "jump" of the delay between the Stokes beam and the reference beam. An 8-ns Q-switched single-longitudinal-mode pulse is used as the pump and the typical SBS medium FC-72 is selected as the nonlinear medium in our experiment. The SBS threshold intensity is measured to be 173-178 mW/cm 2 , which is consistent with existing results measured with the transmitted energy limiting method.     

矩形谱宽带光抽运的布里渊慢光中脉冲失真的分析

在小信号增益条件下推导出了高斯光脉冲经过矩形谱宽带光抽运的布里渊慢光系统后输出脉冲时域振幅包络的近似解析表达式,适用于抽运光频谱具有陡峭上升(下降)沿和平坦顶部的情况.定量分析和比较了光纤色散以及受激布里渊散射增益不均衡和增益所致色散效应对延迟信号光脉冲失真的影响.计算结果表明:当信号光脉冲的频谱处于布里渊有效增益谱内时,解析解与数值解符合,布里渊增益所致三阶色散效应是导致延迟信号光脉冲失真的主要物理因素,制约了窄脉冲延迟量的提高.     

基于受激布里渊散射能量转移的冲击点火激光技术研究

提出一种新型的激光放大技术, 高效地实现冲击点火所需的10² ps级高功率激光脉冲. 该技术耦合了传统的激光驱动器放大技术和受激布里渊散射(SBS) 脉冲压缩技术, 在不改变现有激光装置主体结构的前提下, 使用长脉冲(数 ns) 充分提取主放大器储能, 然后在系统输出端通过SBS进行脉冲自抽运的能量转移, 将长脉冲能量转移给10² ps级的冲击脉冲, 实现高效放大的目的. 该技术在主动控制下实现能量转移, 将克服传统SBS压缩时间特性不可控的缺点, 输出满足冲击点火时域特性要求的精密控制激光脉冲.     

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。     

受激布里渊散射的线宽压缩及时间相干性

首先从实验上研究了受激布里渊散射(SBS)的线宽压缩效应. 发现线宽压缩直接受到脉宽压缩的影响. 进而提出了一种通过测量SBS脉宽来测量SBS线宽的新方法. 在此基础上, 详细讨论了SBS的时间相干性, 指出 SBS的时间相干性不是固定不变的, 而是随线宽压缩的程度发生变化. 最后指出 SBS的脉宽压缩率和时间相干性不能同时达到最佳值.     

基于受激布里渊散射的新型多级慢光延时结构的研究

设计了一种基于受激布里渊散射(SBS)的新型多级慢光延时结构.该多级延时结构将两段慢光延时介质用两个环形器相连接,使经过一级延时后剩余的抽运光经过环形器进入到第二段慢光延时介质中作为二级延时的抽运.该结构与传统的多级慢光延时结构相比,不需要为每段延时介质提供独立的抽运系统,结构简单,抽运光利用率高,延时效果显著.实验选...     

受激布里渊散射的线宽压缩及时间相干性

首先从实验上研究了受激布里渊散射(SBS)的线宽压缩效应. 发现线宽压缩直接受到脉宽压缩的影响. 进而提出了一种通过测量SBS脉宽来测量SBS线宽的新方法. 在此基础上, 详细讨论了SBS的时间相干性, 指出 SBS的时间相干性不是固定不变的, 而是随线宽压缩的程度发生变化. 最后指出 SBS的脉宽压缩率和时间相干性不能同时达到最佳值.     

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     

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 .     

受激散射过程理论模型的发展与应用

在激光间接驱动的惯性约束聚变（ICF）中,高强度激光与低密度等离子体发生相互作用,会激发两种受激散射过程：受激布里渊散射和受激拉曼散射。它们会损失激光能量、破坏辐射场对称性、产生超热电子,从而危害聚变点火过程。因此,理解受激散射的物理过程并找到抑制其发展的有效方法,是ICF研究中重点关注的问题。介绍了中国激光聚变研究团队为研究受激散射过程而发展的多个理论模型,以及这些模型在实验数据分析中的具体应用。这些理论模型与实验研究一起,为提升受激散射过程的物理理解发挥了重要作用。