基于光纤受激布里渊散射的慢光及温度传感的研究

论文摘要

目前的光纤通信系统中,仍然存在着许多光电和电光交换系统,这极大地制约着光纤通信速率的进一步提高,实现全光通信是人类梦寐以求的通信技术。在全光通信中,全光缓存器的实现是摆在人类面前的一个难题。而要实现光缓存就需要我们能够把光速减慢下来,即慢光技术。慢光技术的研究由来已久,也有很多种成功实现慢光的办法,但大多存在着或多或少的缺陷,如特定温度、特定波长、特定材料、与现有系统不兼容等。基于光纤受激布里渊散射的慢光技术则克服了上述缺点,成为如今慢光技术研究的一个热点。本文通过特征线法和荣格-库达法对光纤中受激布里渊散射耦合方程组进行数值求解,获得了一些如下结论:1、本文首次通过对入射斯托克斯光的调制来抑制脉冲展宽,研究了入射斯托克斯脉冲形状对SBS慢光的影响,分别考虑了入射斯托克斯脉冲中参量m、周期和功率等因素。研究结果表明,适当增加m,可以抑制脉冲展宽因子的增加。对于延时而言,随着参量m的增加,其脉冲平均强度也会增加,从而导致了最大延时的减小。功率较大的信号因为其具有较小的饱和增益,因而其最大延时也较小。同样的,周期较短的信号所包含的能量较小,可以获得较大的饱和增益,因而具有较高的相对延时。2、通过对传统的慢光实现装置的改进,我们设计了一种分布式温度传感器系统,提出利用输出斯托克斯功率来测量温度的新观点。通过比较设计出两种方案的光子晶体光纤,要达到1 o C的分辨率,功率测量设备的动态范围最低需达到40dB,而传统的频率检测方法仪器动态范围需要达到80db。最后我们还对可能影响系统精度的一些影响因素进行了分析,并相应地提出了一些解决办法。选取合适的脉冲形状,克服了以往时延越高,脉冲展宽因子越高的缺点,为设计全光缓存提供了一定的参考,具有一定的实用价值。关于传感器的设计,与传统的检测布里渊的频移相比,克服了自发布里渊散射由于信号弱易干扰,难以检测的缺点;尽管还存在一些问题,但是具有较高理论精度,还是具有一定的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 慢光技术
• 1.2.1 电磁诱导透明
• 1.2.2 相干居布数振荡
• 1.2.3 光参量放大
• 1.2.4 受激拉曼散射
• 1.2.5 受激布里渊散射
• 1.3 光纤中SBS 慢光研究进展
• 1.4 基于光纤中布里渊散射的分布式传感器
• 1.5 论文的主要内容
• 第二章 光纤中受激布里渊散射过程
• 2.1 光纤中受激布里渊散射物理过程的经典描述
• 2.2 SBS 振幅耦合方程组
• 2.3 SBS 过程的小信号分析方法
• 2.4 数值求解方法
• 2.4.1 特征线法
• 2.4.2 荣格—库达法
• 第三章 斯托克斯波形对SBS 慢光的影响
• 3.1 理论基础
• 3.2 具有不同参量m 的斯托克斯脉冲对SBS 慢光的影响
• 3.3 不同功率和FWHM 的斯托克斯脉冲（m=1.5 时）对SBS 慢光的影响
• 3.4 小结
• 第四章 基于SBS 的温度传感器研究
• 4.1 光子晶体光纤
• 4.2 基于 SBS 填充液体的光子晶体光纤温度传感器原理设计
• 4.3 光纤有效面积对 SBS 慢光随温度的影响
• 4.4 光纤结构对SBS 慢光随温度的影响
• 4.5 系统设计中的其它影响因素
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）