光纤受激布里渊效应在多波长激光器及光传输特性中的研究

论文摘要

受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering)所需泵浦光功率远小于受激拉曼散射(SRS),是光纤中效率最高的非线性现象。SBS过程可以经典地描述为泵浦波,斯托克斯波与声波三者之间的非线性作用。目前,光纤中SBS效应在分布式光纤传感器、光纤陀螺、光纤相位共轭镜、光可控延迟、微波光子学以及光纤激光器等领域都具有重要应用。利用光纤中布里渊增益与掺铒光纤放大器(EDFA)产生的受激布里渊多波长输出,不仅可以保持各输出波长间隔的一致性,此外具有线宽窄,输出功率谱较平坦等诸多特点,因此可以作为光源在超密集波分复用领域中发挥巨大作用。同时,光纤中基于受激布里渊散射获得光信号群时延的技术具有众多优点,首先利用SBS效应可在任意波长得到比较大时延,因此可确保系统工作在通信波段上,并且基于SBS获得慢光需要泵浦功率较低,易于与现有通信网络相融合,构建成本低,是目前研究的热点。本论文是在天津市自然科学基金(08JCYBJC14400)项目的资助下完成的。论文的主要内容包括:1.针对光纤中基于SBS效应的可调谐多波长激光器以及慢光现象国内外研究现状进行详细阐述。对光纤中受激布里渊散射作用产生原理进行理论分析,并进一步对基于SBS效应产生的多波长输出及慢光现象的物理机理和实现方法进行探讨。2.设计了一种使用FBG构成反射腔的线形调谐多波长布里渊掺铒光纤激光器。利用光纤布拉格光栅(FBG)进行选频滤波,有效抑制腔内自激模的影响,增加激光器输出波长数。布里渊泵浦信号进入布里渊增益介质之前经过掺铒光纤放大器的两次放大,降低了布里渊增益的阈值。该多波长激光器实现了1530～1560 nm之间30 nm可调谐范围的输出。在布里渊泵浦信号功率2 mW,980 nm泵源抽运功率60mW情况下,1540～1554 nm范围内,获得了波长间隔0.088 nm的16个波长的输出。3.设计了一种新颖的基于光纤布拉格光栅(FBG)的多级延迟SBS结构的慢光系统。实验中采用了两个FBG和一段15km标准单模光纤,利用光栅不同的反射特性,使信号光和泵浦光可重复通过同一段光纤相互作用,在仅使用一段光纤的情况下达到双级时延的效果。并且FBG对信号光同样具有一定延迟作用。实验结果表明,在展宽SBS增益谱的情况下,通过选取参数合适的FBG,脉冲宽度1.25ns的高斯型信号光通过此慢光系统可以获得1.72ns的延迟时间,最大相对时延为1.01。对比传统采用两段光纤的双级时延结构,该多级延迟系统在将慢光延迟光纤长度缩短一半的基础上,延迟性能增加了36.4%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 基于SBS 作用的多波长激光器的研究
• 1.2 光纤中SBS 慢光
• 1.2.1 光纤中产生慢光的主要方法及研究进展
• 1.2.2 SBS 慢光研究成果
• 1.3 本论文的研究内容和安排
• 1.4 本论文主要创新点
• 第二章 光纤中SBS 作用在多波长激光器及慢光中应用的理论研究
• 2.1 光纤中SBS 特性
• 2.1.1 光纤中布里渊散射的物理机理
• 2.1.2 光纤中SBS 增益及阈值
• 2.2 多波长掺铒光纤激光器相关理论分析
• 2.2.1 增益介质的均匀展宽与非均匀展宽
• 2.2.2 多波长稳定输出条件
• 2.2.3 SBS 多波长布里渊掺铒激光器的多波长输出
• 2.3 利用SBS 减慢光速的原理分析
• 2.3.1 光脉冲群速度及其变化原理
• 2.3.2 SBS 慢光信号延迟时间与展宽分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于受激布里渊散射的可调谐多波长激光器的研究
• 3.1 实验结构与原理
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于FBG 的多级延迟SBS 结构的慢光系统研究
• 4.1 SBS 慢光系统基本原理
• 4.1.1 布里渊阈值
• 4.1.2 宽带SBS
• 4.1.3 多级延迟结构
• 4.2 FBG 延迟特性理论分析
• 4.3 慢光实验设计及结果分析
• 4.3.1 实验装置
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢