光纤中受激布里渊散射效应及其应用研究

【摘要】：受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering, SBS)是泵浦光、斯托克斯光通过声波进行的非线性过程。光纤中的SBS所需要的阈值远低于受激拉曼散射(SRS),是光纤中的主要非线性现象。光纤中的SBS非线性效应,在相位共轭、光纤传感、微波光子学、光可控延迟以及光纤激光器等方面有着广泛的应用。 光纤中基于SBS的可控慢光因为具有功率阈值低、群速度延迟易控、工作波长可调谐、易于同现有光网络集成等优点,是光纤中慢光研究的热点。可调谐多波长布里渊掺铒光纤激光器将光纤中的SBS非线性放大同掺铒光纤的线性放大相结合得到室温稳定的多波长输出,具有波长间隔一致、线宽窄、功率谱相对平坦等优点。 本论文是在天津市自然科学基金(No.08JCYBJC14400),天津市科技支撑重点项目(No.07ZCKFGX00200),国家自然科学基金资助项目(NO.60572018)的支持下完成的。主要内容包括： 1.对光纤中基于SBS的可控慢光和基于SBS的多波长掺铒光纤激光器的研究进展进行了系统介绍。对光纤中SBS机理进行了阐述,并从SBS耦合波方程出发,理论研究了光纤中基于SBS的慢光和快光。对SBS慢光延迟的稳态小信号解析解进行了理论研究。 2.对高非线性光子晶体光纤作为SBS慢光介质进行了研究。通过理论分析得到,具有小模场面积的光子晶体光纤作为慢光介质可以提高慢光系统的延迟效率。实验结果表明,在高非线性光子晶体光纤作为慢光介质的系统中,50 ns脉冲信号获得了33 dB的布里渊增益,脉冲延迟了30 ns,延迟效率达到了0.0046 ns/mW/m,是普通单模光纤的13.7倍。 3.设计研制了一种新型的环形腔可调谐多波长布里渊掺铒光纤激光器。提出利用一个3 dB耦合器的两端连接增益介质,并结合另一个端口的光纤环镜形成反馈、实现级联的结构,简化了激光器结构、降低了腔内的损耗。双向布里渊泵浦结构有效的降低了激光器阈值功率和加强了多波长的产生。在1480 nm最大泵浦功率110 mW时,激光器获得了13 nm调谐范围内平均21个波长的输出。 4.设计研制了一种基于光子晶体光纤的可调谐多波长布里渊掺铒光纤激光器。激光器采用结构简单的环形腔,用一个耦合器实现布里渊泵浦光的导入和多波长激光的输出。利用70 m长的低损耗的高非线性光子晶体光纤作为布里渊增益介质,缩短了腔长,便于集成。在布里渊泵浦信号3 dBm,1480 nm泵源泵浦功率30 mW情况下,获得了可调谐范围25 nm的3波长激光输出。当1480 nm泵源泵浦功率增加到最大110 mW时,实现了调谐范围10 nm,波长间隔为0.078 nm的10个波长激光输出。 5.设计研制了环形和线形宽带可调谐多波长布里渊掺铒光纤光源。提出利用光纤中的SBS效应产生反方向传输的斯托克斯信号将光信号返回腔中的结构,消除了腔内自激模的影响,使光源的调谐带宽仅由掺铒光纤放大器的带宽和布里渊泵浦信号的调谐范围决定。其中,线形结构采用布里渊泵浦信号前置双次放大的结构,有效降低了阈值功率。光源实现了1530-1570nm之间40 nm可调谐范围的多波长输出。