光纤中前向和后向受激布里渊散射效应理论分析及应用研究

论文摘要

光纤中的受激布里渊散射（Stimulated Brillouin scattering,SBS）效应是一种非常重要的非线性效应。通常在光纤通信过程中,SBS效应是有害的,它很容易发生在光纤中,产生了新的频率的光,使得信号传输损耗增大。但是,根据SBS效应的特性也可以把它用在其他方面,比如在光纤激光器、光纤放大器、光纤传感以及激光陀螺仪等方面SBS效应都已经被广泛应用。因为SBS效应在众多领域有着重要的应用价值,因此针对于SBS的理论分析和实验研究尤为必要。一方面在某些领域需要避免SBS的发生,尤其是远距离光传输上,另一方面,我们也希望能够更好地利用SBS效应去产生新的激光,实现传感和光速控制等。本文对光纤中的前向和后向布里渊散射效应进行了数值模拟,并对后向布里渊散射效应进行了实验研究,主要内容如下:一、利用有限元算法,通过数值方法分析里光纤中的前向布里渊散射效应,并分别在阶跃折射率光纤和光子晶体光纤中研究了光纤纤芯尺寸对前向布里渊散射的影响。研究结果表明,在阶跃折射率光纤中,前向布里渊散射出现多峰结构,其布里渊频移在20 MHz到800 MHz之间,且改变纤芯尺寸不影响布里渊频移;而在光子晶体光纤中,纤芯尺寸对布里渊频移的影响很大,其布里渊频移会随着纤芯直径的增大而减小。二、通过数值计算,模拟了As2Se3光子晶体光纤中后向布里渊增益谱的特性,研究了光纤尺寸、光场模式等因素对布里渊增益谱的影响。通过研究发现,对于As2Se3光子晶体光纤,当纤芯直径较大时,其布里渊增益谱是单峰结构,而当纤芯直径较小时,布里渊增益谱出现双峰结构;在布里渊频移方面,当纤芯直径较大时,布里渊频移随纤芯直径的变化很小,但是纤芯直径较小时,布里渊频移会随着纤芯直径的增大而明显增加。三、利用光纤中的布里渊散射效应和四波混频效应,设计了一种多波长激光输出的装置,通过实验探究,分析了泵浦波长、放大功率以及腔内自由振荡等方面对输出激光的影响。当泵浦光为1565 nm、放大器输出功率483.0 mW时,获得最多波长数的激光输出,总波长数超过110个。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 光纤中的非线性效应
•   1.2 SBS效应发展及现状
•   1.3 微结构光纤和光子晶体光纤
•   1.4 软玻璃光纤
•   1.5 本文工作
• 第二章 前向和后向布里渊散射效应基本原理
•   2.1 前向布里渊散射
•   2.2 后向布里渊散射
•   2.3 本章小结
• 第三章 石英光纤中的前向布里渊理论分析
•   3.1 阶跃折射率和光子晶体光纤模型
•   3.2 阶跃折射率光纤
•   3.3 光子晶体光纤
•   3.4 本章小结
• 第四章 后向布里渊理论分析
•   4.1 声场模式对布里渊增益谱的影响
•   4.2 光场模式对布里渊增益谱的影响
•   4.3 纤芯尺寸对布里渊散射的影响
•   4.4 本章小结
• 第五章 多波长布里渊激光产生及其在多波长激光中的应用
•   5.1 四波混频效应的概念和基本理论
•   5.2 布里渊效应对四波混频的影响
•   5.3 多波长激光输出的实验设计及结果分析
•     5.3.1 实验装置
•     5.3.2 实验结果分析
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 论文的研究成果
•   6.2 论文的主要创新点
•   6.3 待进一步研究的问题
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈亮

导师: 高伟清

关键词: 前向布里渊散射,后向布里渊散射,布里渊增益谱,光子晶体光纤,四波混频,多波长激光器

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学

单位: 合肥工业大学

分类号: TN253;O437.2

总页数: 61

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