论文摘要
自受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering,SBS）现象被发现以来,围绕SBS效应进行的基础科学研究和商业化应用备受人们关注,已成为非线性光学的重要分支和研究热点,在SBS相位共轭镜、陀螺仪、分布式光纤传感器、可调节慢光、微波光子滤波器、动态光栅、激光放大、非线性光学显微成像以及高维轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）光-声存储等领域取得了一系列显著成果,但是微弱布里渊光谱信号在强噪声背景下的测量速度是限制SBS技术发展的重要因素。因此,本文以布里渊光谱信号的快速测量和信噪可控分离为切入点,针对不同研究和应用需求,提出两种频域凝视泵浦-探测布里渊光谱快速测量技术;针对实现布里渊光谱信噪分离的OAM空间模分滤噪技术中存在的问题,提出OAM空间模式平顶增益技术,提出目标光场空间调控与放大的信噪可控分离技术,对所提技术进行了理论分析和实验验证。本文首先从SBS耦合波方程出发,建立了频域凝视泵浦-探测布里渊光谱技术理论模型。建立了涉及OAM空间模式的受激布里渊放大（Stimulated Brillouin Amplification,SBA）理论模型,推导了用于精确描述OAM光束产生和传播演化特性的解析式,指出OAM空间模分滤噪技术中高阶模式滤波器降低信号增益的主要原因是由于泵浦光与加载OAM空间模式的信号光能量重叠区域不匹配导致的。结合频域凝视泵浦-探测布里渊光谱技术理论模型,理论分析了采用该技术实现布里渊光谱快速测量的可行性,该方案基于SBA原理,信号具有较高信噪比（Signal to Noise Ratio,SNR）,其次无需频域逐点扫频获取功率谱的耗时过程。针对多声子模式介质,提出自相位匹配种子光注入式布里渊增益光谱（Brillouin Gain Spectrum,BGS）快速测量技术,引入自发辐射光源和带通滤波器组成的随机任意偏振态种子光,研究种子光注入过程中的能量转移及双峰BGS信号随介质特性改变的变化规律,主级BGS最大增益约为15dB,实现非扫描的多峰BGS测量。以二维显微成像为研究背景,提出布里渊光谱啁啾调制探测技术,采用周期性三角波信号对分布式反馈激光器进行直接调制,将调制后的平顶带宽可控输出光作为Stokes和anti-Stokes种子光,分别实现BGS和布里渊损耗谱（Brillouin Loss Spectrum,BLS）的非扫描测量,在光学相干外差探测中通过偏振分光手段,BGS的SNR可提高近21dB,BLS的最大SNR为23dB,实现了非扫描的BGS和BLS测量。结合OAM空间模式的SBA理论模型,针对OAM空间模分滤噪技术中布里渊增益较低的问题,提出任意OAM空间模式平顶增益技术。利用4f成像系统,将OAM模式波源成像到非线性介质中,消除因自由空间传播导致的相互作用光束间能量重叠区域不匹配问题,提高高阶OAM光束的布里渊增益。现有实验条件下,针对OAM空间模式为?=10的Stokes信号光,大信号能量转移效率可以提高12.4%,小信号增益可以提高27.5dB。此外,该技术有望在高维OAM空间模式复用中实现空间模式信道的均匀、选择性滤波放大,并可用于其它涉及OAM空间模式的光学系统中。最后,针对现有布里渊光谱技术信噪分离方法的不足,提出目标光场空间调控与放大的信噪可控分离技术,首次将针对空间频谱操作的希尔伯特变换引入三阶非线性光学领域,率先在空间频域开展了围绕布里渊光谱信噪分离技术的研究工作。理论和实验对比分析了目标光场调控基本原理,讨论了噪声来源和解决方案,实验结果证明该技术在布里渊光谱技术中可实现信噪可控分离。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 李宏伟
导师: 高玮
关键词: 布里渊光谱,频域凝视测量,空间模式,平顶增益,信噪分离
来源: 哈尔滨理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 物理学
单位: 哈尔滨理工大学
分类号: O433
总页数: 125
文件大小: 5266K
下载量: 126
相关论文文献
- [1].D形分光瞳共焦布里渊光谱探测系统[J]. 光谱学与光谱分析 2020(06)
- [2].共焦布里渊光谱成像装置研制[J]. 光学技术 2018(04)
- [3].基于套接字编程的共焦布里渊光谱测试装置[J]. 激光与光电子学进展 2016(09)
- [4].基于黎曼函数的宽带布里渊光谱信号解析算法[J]. 光子学报 2020(06)