单模光纤中受激散射效应导致的光速变慢研究

论文摘要

单模光纤中基于受激散射特别是受激布里渊散射(stimulated Brillouinscattering:SBS)的群速度减慢技术以其功率阈值低、波长可调谐、群速度易控制及与现行光通信系统兼容性好等优点在可控光学延迟、光缓存、光数据精密同步等领域有潜在应用,成为了慢光研究热点。由于SBS本征带宽只有几十MHz,为了传输更高带宽的信号脉冲,人们提出了很多构建宽带SBS增益谱的方法,并且用增加泵浦光功率的方法来补偿因增益谱展宽而导致的信号光延迟的削弱。这些宽带增益谱确实可以获得足够的SBS增益带宽,但是在长距离慢光作用过程中仍然会给信号光带来很大的畸变。本文在前人工作的基础上,在稳态小信号近似下,构建了可以极大地降低信号畸变的平顶宽带增益谱,并用类似的方法找到了SBS所致慢光过程中信号的展宽为零的增益谱。最后本文还讨论了大信号增益(考虑泵浦消耗,也即增益饱和)情况下宽带泵浦的情形,为慢光在实际通信中的应用提供了理论指导。本文的创新性成果主要有:1.利用增益谱和衰减谱相抵消的方法,通过设置两束强度不同的宽带泵浦光之间的频率间隔恰好为布里渊频移的2倍,使得强泵浦光的增益谱(对应于斯托克斯散射)被弱泵浦光的衰减谱(对应于反斯托克斯散射)部分地抵消,从而构建出了平顶的宽带增益谱。并从理论上证明了这种增益谱能极大地减小信号脉冲的畸变。2.利用同样的方法得到了在SBS所致慢光过程中脉冲光展宽为零的增益谱,从理论上预言了单模光纤中光信号传输速率进一步提高的可能性。对超高速(高比特率、窄脉冲、大容量)通信系统中的慢光传输将提供一定的理论和技术指导。3.研究了大信号增益情况下SBS所致的慢光现象,并给出了具体的理论分析。我们可以看到,在大信号增益情况下,受激布里渊效应受到削弱。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 慢光简介
• 1.1.1 慢光产生的机理和特性
• 1.1.2 慢光的发展、应用和技术
• 1.2 受激拉曼散射（SRS）所致慢光简介
• 1.2.1 受激拉曼散射（SRS）机理
• 1.2.2 受激拉曼散射（SRS）的发展现状
• 1.3 受激布里渊散射（SBS）所致慢光简介
• 1.3.1 受激布里渊散射（SBS）机理
• 1.3.2 受激布里渊散射（SBS）的发展现状和前景
• 1.4 本论文的研究内容及意义
• 参考文献
• 第二章 单模光纤中SBS的理论基础及小信号增益下的SBS慢光
• 2.1 单模光纤中SBS的理论基础
• 2.2 小信号增益下的SBS慢光
• 2.3 实验结果
• 参考文献
• 第三章 单模光纤中宽带泵浦受激布里渊散射（SBS）慢光
• 3.1 宽带泵浦SBS慢光的机理和特点
• 3.2 宽带泵浦SBS慢光的研究现状
• 3.2.1 Multi-line结构下的准宽带泵浦SBS慢光
• 3.2.2 单宽带泵浦SBS慢光
• 3.2.3 多宽带泵浦SBS慢光
• 参考文献
• 第四章 减小受激布里渊散射（SBS）慢光脉冲畸变的一种宽带泵浦方案
• 4.1 平顶宽带增益谱所致慢光的脉冲畸变
• 4.1.1 平顶宽带增益谱的构建
• 4.1.2 理论计算和数值模拟
• 4.1.3 结论
• 4.2 零脉冲展宽最优化增益谱下的慢光脉冲的传输特性
• 4.2.1 零脉冲展宽最优化增益谱的构建
• 4.2.2 理论计算
• 4.2.3 结论及结果
• 参考文献
• 第五章 宽带泵浦大信号增益情况下的受激布里渊散射（SBS）慢光
• 5.1 大信号增益的概念
• 5.2 单宽带泵浦大信号增益情形下的SBS慢光
• 参考文献
• 第六章 结束语
• 6.1 本文的主要研究成果
• 6.2 下一步拟开展的研究工作
• 攻读硕士学位期间发表的研究论文
• 致谢