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。     

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。     

介质参数对受激布里渊散射脉宽压缩的影响

 利用KrF激光和SF₆介质从理论和实验上研究了声子寿命和增益系数等介质参数对SBS脉宽压缩比和能量反射率的影响。理论上采用一维瞬态模型对SBS过程进行数值模拟，考虑了瞬态过程、介质吸收以及泵浦耗空的影响，计算了SBS介质不同参数对脉冲压缩影响的规律。实验表明，在实验参数的变化范围内声子寿命越短、增益系数越小，越有利于脉宽压缩。在0.68MPa下，脉宽压缩比达到8。数值模拟了声子寿命和介质增益系数单独变化时对SBS过程影响的规律，发现在声子寿命和增益系数同时变化时，SBS对泵浦脉冲的压缩有最佳点。     

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     

激光与材料参数对瞬态SBS 诱导的激光超声破坏效果的影响

 通过数值求解一维瞬态受激布里渊散射（SBS）声光耦合波方程，从理论上分析了泵浦激光参数及光学材料参数对SBS过程发生阈值的影响。以SBS过程中建立起来的应力场抗拉（压）强度和散射场的反射率为判据，分析了激光脉宽及作用区域长度对激光超声破坏材料效果的影响，探讨了短脉冲激光（约ns）引起的激光超声对材料的破坏机理；讨论了通过参数配置有效遏制SBS过程激光超声对光学材料的破坏问题。     

利用单模光纤中SBS效应进行被动调Q的掺铒光纤激光器研究

分析了利用光纤中的受激布里渊散射(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(SMF)作为SBS池的掺Er3＋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的抽运光功率下得到脉宽约2.6 ns,脉冲周期58.23 ns,平均功率7.35 mW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。     

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     

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.     

介质参数对受激布里渊散射特性的影响

 采用一维瞬态模型对受激布里渊散射（SBS）过程进行了数值模拟，研究了介质参数对SBS特性的影响规律；选取FC-72、FC-75、CCl₄、CS₂、丙酮、苯以及CCl₂/乙醇的混合溶液等作为散射介质，在Nd∶YAG调Q激光系统下进行了实验研究，比较了各种介质所产生的SBS脉宽、能量反射率和波形之间的差异，由此讨论了介质参数对SBS特性的影响。结果表明，介质增益系数越大，吸收系数越小，SBS能量反射率就越大；吸收系数越大，产生的SBS脉宽就越窄；声子寿命越短，SBS波形前沿就越陡，并且越容易出现调制现象。     

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。     

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。     

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.     

Observation of inhomogeneous spectral broadening of stimulated brillouin scattering in an optical fiber

We report experimental results which show that the stimulated Brillouin scattering (SBS) spectrum in an optical fiber is inhomogeneous, exhibiting spectral broadening and hole burning under cw monochromatic laser excitation. This phenomenon arises from the waveguide interaction of the pump and Stokes signals and is a fundamental property of SBS in waveguiding systems due to their ability to confine a fan of radiation wave vector directions.     

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.     

Investigation on threshold power of stimulated Brillouin scattering in photonic crystal fiber

We have developed a theoretical approach to simulate stimulated Brillouin scattering (SBS) generation in photonic crystal fiber (PCF). The threshold condition for the SBS occurrence has been derived as a function of fiber parameters and input pump power. A particular emphasis is given to the influence of the input pump power and fiber length on the Brillouin gain in the PCF. To assess threshold pump power accurately, the pump depletion effect has been included by employing the 1% criterion. This simulation can anticipate the Brillouin threshold gain value precisely. The threshold gain varies from 14 to 18 depending on the PCF length.     

Extension of measurement range in Brillouin optical correlation domain analysis by pump-probe switching

We propose and experimentally demonstrate a novel method for the extension of the measurement range in Brillouin optical correlation domain analysis by switching the pump and probe waves for selectively inducing the stimulated Brillouin scattering (SBS) in the sensing fiber. In this scheme, two correlation peaks are located in the sensing fiber and SBS is alternatively induced at each position by pump/probe selective switching and optical attenuation. In the experiment, twice enlargement of measurement range is successfully achieved with 146-m fiber with a 10-cm spatial resolution.     

掺镱光纤放大器中的热效应分析

为了研究掺镱双包层单频光纤放大器中受激布里渊散射产生的规律,从含有受激布理渊散射的速率方程和热传导方程出发,对光纤放大器中的热效应问题进行了理论分析.讨论了泵浦功率、包层半径和换热系数对受激布理渊散射的影响,所得结论为实验研究单频光纤放大器中受激布理渊散射的变化规律提供了理论依据.     

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。