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光纤中的受激拉曼散射及其应用的研究

孙秀平  
【摘要】:光纤中的受激拉曼散射是非线性光纤光学领域的重要研究课题之一。近年来,利用拉曼效应制成的光纤拉曼激光器和光纤拉曼放大器以其独有的特点受到国内外的关注,因此,光纤中的拉曼散射效应及应用研究成为目前非线性光学领域的热门研究课题。 本文着重研究光纤中受激拉曼散射的光谱特性及偏振特性,同时将石英光纤和塑料光纤的拉曼光谱进行了比较,并对其在微量气体检测方面的应用研究进行了理论探讨。全文共分三大部分:受激拉曼散射理论、受激拉曼散射光谱特性和偏振特性的研究以及拉曼散射在检测技术方面的应用。 第一部分,首先概述了近年来受激拉曼散射的最新动态,介绍了光纤中拉曼散射的研究成果及拉曼光谱在光谱学中的地位和应用。分析了受激拉曼散射形成的物理机制,研究了斯托克斯光谱强度变化的规律。 第二部分,系统地研究了石英光纤和塑料光纤的受激拉曼散射光谱特性,测试了各级拉曼光谱的阈值、频移、谱宽和拉曼增益,分析了各级拉曼光谱的能量转移机制,研究了石英光纤受激拉曼散射的温度特性。首次在实验上获得了聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纤的一级拉曼光谱,获得了它的频移、阈值和带宽。实验表明塑料光纤和石英光纤的拉曼散射具有相同的能量转移机制,且其达到阈值时的能量密度远小于石英光纤。 对圆芯和椭圆芯石英光纤受激拉曼散射光谱的偏振特性进行了系统的研究。对在不同偏振态泵浦条件下各级斯托克斯谱线的偏振特性、拉曼频移等参量进行了分析,给出了经验公式。双折射椭圆光纤受激拉曼散射谱的各级斯托克斯线的偏振状态不但与拉曼介质有关,还与泵浦光的偏振态有关,泵浦光的偏振态对低阶斯托克斯光的拉曼频移影响较小,而对高阶斯托克斯光的拉曼频移影响较大。 第三部分,论述了应用光纤中的拉曼放大方法检测微量气体的基本原理,提出了微量气体检测及浓度测定的新方法。应用此方法,可以实现对微弱光信号的放大和提取,进而可实现对大气中含量非常低的微量气体进行检测和分析。


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