光纤中基于双宽带抽运的受激布里渊散射增益谱展宽及慢光传输中脉冲失真减小的理论研究

分析了单模光纤中双宽带抽运的受激布里渊散射 （stimulated Brillouin scattering,SBS） 光速减慢效应.模拟了两高斯型宽带抽运光同时作用下的SBS增益谱和损耗谱,提出了一种获得均匀增益谱的方法.由于较强抽运光增益谱的中心频率与较弱抽运光损耗谱的中心频率相重合,通过调节较弱抽运光的功率和谱宽,能够部分地抵消掉较强增益谱的顶部从而构建出平坦的增益谱.研究了该平顶增益情形下信号脉冲畸变的性质.与单宽带抽运下脉冲畸变的对比表明,这种产生平顶增益谱的方法能有效地减小脉冲畸变. 关键词： 慢光 受激布里渊散射（SBS） 单模光纤 脉冲失真     

水中受激布里渊散射脉冲的反常压缩

受激布里渊散射(SBS)具有脉冲压缩的特性,受激布里渊散射的脉冲宽度随着抽运能量的增大而变小,在水中可以达到几百皮秒的量级.本文在实验上观察到一种受激布里渊散射的脉冲宽度随抽运能量增大而变大的现象,这里称之为反常压缩.SBS的脉冲反常压缩和脉冲压缩与抽运光的强弱会聚情况有关.利用数值模拟,模拟了强弱会聚情况下抽运光在水中的传输规律,强弱会聚情况的抽运光对受激布里渊散射形成的有效增益长度不同:抽运光强会聚时有效增益长度短,形成SBS脉冲宽度的反常压缩;弱会聚时有效增益长度长,也就是正常的SBS脉冲压缩.     

非线性光纤环镜在受激布里渊散射慢光级联系统中的可行性研究

基于非线性光纤环镜(NOLM)的脉冲压缩特性,分析了NOLM在基于受激布里渊散射(SBS)慢光级联系统中对延迟脉冲的影响.利用环形结构来模拟多次级联,有效地降低了系统的复杂度,得到了在不同抽运光功率和级联次数下脉冲的延迟输出特性.理论分析表明,NOLM可以有效地抑制SBS慢光级联系统中延迟脉冲的展宽,抽运光功率决定了展宽因子的变化趋势及最终稳定值的大小,展宽因子在级联4次时趋于稳定值,恰当选取抽运光功率可实现脉冲的零展宽延迟;改变抽运光功率和级联次数可以实现延迟量的连续可调,且延迟量理论上不受限制;增大抽 关键词： 慢光 脉冲压缩 非线性光纤环镜 受激布里渊散射     

受激布里渊散射光脉冲波形的研究

从实验和理论上研究了受激布里渊散射(SBS)光脉冲波形.在Nd∶YAG调Q激光器中实验研究了SBS光脉冲波形随抽运光参数、结构参数和介质参数的变化规律，并利用SBS理论模型进行了数值模拟，实验与数值模拟结果的变化趋势基本一致.结果表明，抽运光能量越小，透镜焦距越短，镜-池间距越长，介质声子寿命越长，SBS光脉冲波形就越不容易出现调制现象.分析和讨论了抽运光参数、结构参数和介质参数对SBS光脉冲波形的影响机理. 关键词： 受激布里渊散射 脉冲波形 抽运光参数 结构参数     

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.     

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.     

光纤中双宽带抽运SBS慢光及其脉冲展宽减小的理论研究

提出了一种单模光纤中采用双宽带抽运实现宽带受激布罩渊散射(SBS)慢光的方法.给出了双宽带抽运的SBS慢光及其脉冲展宽的理论模型.色散分析发现,两抽运光间存在一个最佳的频率间隔,可有效地减少由于群速度色散所引起的脉冲展宽.理论计算表明,该方案所获得的SBS增益带宽和信号脉冲群延迟分别提高到了相同条件下单宽带抽运的1.7倍和2倍.     

抽运光参数对受激布里渊散射的影响

受激布里渊散射（SBS）系统中,具有一定带宽的抽运激光中会含有一定比例的Stokes散射光成分，此Stokes散射光成分经SBS介质后表面反射后，将形成种子光与抽运光联合入射，构成自种子光式SBS放大器.通过数值求解此SBS放大器型耦合波方程组，探讨了抽运光脉冲中所含Stokes散射光成分的比例、抽运激光波长、抽运光能量大小、入射的聚焦高斯光脉冲脉宽、相互作用时间等激光参数对SBS特征参数（Stokes散射光脉冲波形、材料内部最大应力的时间演化及空间分布、脉宽压缩效果、能量提取效率及Stokes散射光的共轭保真度）的影响.同时发现，SBS过程中产生的超声应力不仅会对SBS介质前表面造成破坏，还可能对焦点附近造成破坏；调整各激光参数还会使焦点附近优于前表面先破坏.数值模拟中采用的抽运光是聚焦高斯光束. 关键词： 受激布里渊散射 斯托克斯散射光 冲击应力 能量反射率     

光隔离器法抑制Michelson干涉型光纤水听器中的SBS

光纤水听器是利用光的干涉信号进行探测的,但随着入射光功率的增加,易发生受激布里渊散射（stimulated Brillouin scattering,SBS）效应,并因而产生噪声,限制入射光功率的增加,极大地影响探测信号。为了抑制SBS效应,提高光纤水听器性能,以Michelson型光纤水听器为例,从实验和理论上研究了SBS及其阈值特性。根据阈值公式分析了提高阈值的方法,着重讨论了光隔离器法对SBS的抑制。最后利用时域有限差分方法对光纤内的入射光、Stokes光和声波的时空分布进行了分析。只要给出初始条件及光纤参数即可得出光纤内各波的时空分布。通过开展抑制此效应的研究,不仅为可调谐相干光的产生提供一个新途径,而且可作为一种有效手段来研究各种光纤系统中的散射特性。     

种子场对单池受激布里渊散射脉冲波形保真的影响

受激布里渊散射(SBS)产生池中引入种子光场，在种子场诱导下产生SBS，这不但可以降低SBS阈值，更可以获得最小的SBS脉冲形变，确保与抽运光波形基本一致，获得高波形保真.从理论和实验两方面研究了种子光强弱对脉冲波形保真的影响. 关键词： 受激布里渊散射 脉冲波形保真 注入种子     

光纤中的瞬态SBS过程的数值分析与探讨

 通过数值方法得到了光纤中的瞬态SBS过程中耦合波和声场的强度分布图，从而分析了光纤中瞬态SBS的发生过程以及光纤长度、泵浦脉宽等因素对SBS反射率及阈值的影响，据此提出了一种新的光纤相位共轭器。     

受激布里渊散射光限幅输出波形控制研究

数值模拟了种子场诱导受激布里渊散射光限幅过程的限幅输出波形特性.得到利用种子场控制限幅脉冲波形的规律：选取种子场脉冲宽度为抽运脉冲宽度的五倍，抽运脉冲相对于种子脉冲的延迟时间控制在与抽运脉冲宽度相当时，限幅输出波形最佳.限幅输出波形同时受抽运光功率影响，随抽运能量的增加，限幅脉冲功率不断下降，直至趋于0. 关键词： 受激布里渊散射 限幅输出波形 注入种子     

单纵模Nd∶YAG激光抽运CH_4中强后向受激拉曼散射

用单纵模Nd∶YAG二倍频激光[波长532 nm,线宽Δνp<100 MHz,脉宽(半峰全宽)6.5 ns]抽运CH4气体,观察到很强的后向一级斯托克斯(BS1)受激拉曼散射,这与前人采用脉宽30 ns的单纵模抽运激光得到的绝大部分为后向受激布里渊散射(SBS)完全不同,其原因是脉宽6.5 ns与本实验条件下CH4的受激布里渊散射声子寿命接近,受激布里渊散射处于瞬态。理论计算表明,这时的受激布里渊散射瞬态增益系数已略小于后向一级斯托克斯的增益系数,而被其竞争抑制。当脉冲重复频率为2 Hz,抽运能量为95 mJ时,在1.1 MPa CH4中,后向一级斯托克斯的量子转换效率高达73%,其时间波形出现张弛振荡,脉宽被压窄到1.2 ns,从而使后向一级斯托克斯峰值功率达到了抽运激光功率的2.7倍,而且其光束质量要大大优于抽运激光的光束质量。用编制的准二维计算机模型程序相当好地再现了实验中后向一级斯托克斯的时间波形张弛振荡。     

光学材料破坏的超声模型

给出了光学玻璃材料在强泵浦光作用下由光弹耦合激发超声波的瞬态受激布里渊散射理论模型，通过几个合理的近似利用数值计算给出该过程激发的超声波强度对泵浦光强度以及脉宽的依赖关系，计算表明光泵浦光强度超过一定阈值后该超声波能引起光学材料的破坏。     

Generation of picosecond optical pulses from single heterostructure GaAs diode laser and their emission characteristics

Emission characteristics of a single heterostructure GaAs diode laser are reported using a simple driver circuit. It provides a single picosecond time duration optical pulse, a pulse train or a broad optical pulse depending on the amplitude and time duration of the electrical pump pulse. Results show that relaxation oscillation frequency depends on the amplitude of pumping current pulse as well as on some inherent property of diode laser, which seems to be the level of impurity in lasing medium. Variation of relaxation oscillation frequency with amplitude of current pulse shows only the qualitative agreement with the reported theoretical predictions.     

损耗可控条件下掺铒光纤中光速减慢现象的研究

由于相干布居振荡效应,光脉冲通过处于吸收状态的掺铒光纤介质时,将导致群速度传输减慢. 由掺铒光纤的吸收特性可知,此时必伴随着强烈的吸收损耗,这势必会给实际的慢光信号测量及光通信领域带来诸多的困难. 从铒离子基态粒子速率方程出发,对损耗可控条件下的光速减慢传输进行了数值仿真研究,并加以实验验证. 研究表明：抽运光强度越高,信号光损耗系数越小;抽运掺铒光纤长度越长,信号光损耗系数越小. 通过优化抽运光强度、掺铒光纤长度等参量,可以实现损耗可控条件下的光脉冲群速度减慢传输. 关键词： 时间延迟 吸收损耗 掺铒光纤     

Means for easy and accurate measurement of the stimulated Brillouin scattering gain coefficient in optical fiber

We propose and investigate an accurate method for the experimental measurement of the stimulated Brillouin scattering gain coefficient in optical fiber. The gain is extracted from measuring the transmitted pump power at the threshold of stimulated Brillouin scattering (SBS) laser oscillation in a Fabry-Perot cavity formed by Fresnel reflection at the fiber ends. The method is free from a range of uncertainties and difficulties of commonly used approaches and is easy to implement. Experimental evidence of the variation of the SBS gain coefficient with numerical aperture of the fiber, first predicted in [Phys. Rev. Lett. 85, 1879 (2000)], is proven.     

受激布里渊散射脉冲压缩技术研究进展

受激布里渊散射（SBS）作为三阶光学效应广泛应用于激光组束、分布式光纤传感、布里渊激光器等领域。近年来,SBS脉冲压缩亦得到特殊关注。基于布里渊放大过程中的能量转移特性,SBS脉冲压缩技术能够将ns量级脉冲压缩至亚ns量级,峰值功率可提升1～2个数量级。系统介绍了SBS脉冲压缩基本理论,综合论述了SBS压缩器结构、增益介质、泵浦脉冲等因素对脉冲压缩特性的影响,并对SBS脉冲压缩发展趋势进行了展望,为今后SBS特性的研究提供了有益参考,也为高重频、高能量激光的获取提供了可行方案。