光纤中受激布里渊散射效应的典型应用研究

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慢光技术不但能大大提高通信、雷达、测量/测试等系统的性能,而且可加深人们对光与物质相互作用本质的理解,因而对其研究具有重要的理论意义和应用价值。基于光纤中受激布里渊散射效应(Stimulated Brillouin Scattering, SBS)的慢光技术具有与现有光纤通信系统兼容、工作波长任意可调、延迟量灵活可控和室温下工作等优点,近年来已成为慢光研究领域的热点。基于受激布里渊散射效应实现慢光的方式有两种:一种是利用布里渊增益谱内群折射率的增大而减慢光的传播速度,这种方法受限于增益谱带宽和高阶色散的影响,延迟信号通常难以获得大的延迟量,且延迟信号存在较大失真;另一种基于布里渊散射产生的声波来存储信号,这种方案能获得大的延迟带宽积,但存储时间受介质声子寿命限制,且控制脉冲峰值功率要求高。针对两种SBS慢光技术存在的问题,本论文围绕减小信号失真和增大延迟带宽积进行了详细研究,主要研究内容如下:1、全面分析了泵浦光形状、泵浦光功率、有效模面积、布里渊增益系数和增益带宽等参数对单脉冲的延迟及展宽影响。研究表明:小信号范围内,当泵浦功率和有效模面积较大以及布里渊增益系数和增益带宽较小时,脉冲能获得更大延迟量,但脉冲展宽更大。增益饱和后,当泵浦功率、布里渊增益系数和增益带宽较大,有效模面积较小时,脉冲延迟量和展宽随增益的增大减小更快;具有缓慢变化上升沿的泵浦光,可使120ns高斯长脉冲的相对时间延迟增加到0.433,20ns高斯短脉冲的相对时间延迟增加到3.20,同时可减小高斯长脉冲的展宽。2、对于基于声子波存储的慢光技术,首先讨论了高斯脉冲和矩形脉冲经过缓存后的脉冲失真、读出效率和输出信噪比与控制脉冲的关系,进而研究了超高斯脉冲的边沿陡峭程度及控制脉冲的啁啾系数对恢复数据脉冲脉宽及读出效率的影响,最后分析了As2Se3光纤中超高斯脉冲的缓存效果。结果表明:当采用相同脉宽的矩形脉冲和高斯脉冲作为控制脉冲时,因矩形脉冲频谱较宽可提高数据脉冲的读出效率和输出信噪比,同时压缩其脉宽;超高斯脉冲阶数大于等于2时,恢复数据脉冲出现了压缩现象,且脉宽随阶数的增加而变窄;增大控制脉冲的啁啾系数和峰值功率,能压缩恢复数据脉冲的脉宽和提高读出效率;合理选择控制脉冲的啁啾系数,可使不同边沿陡峭程度的超高斯脉冲经过存储后脉冲无展宽恢复;选择声子寿命长、光波和声波的耦合性强及布里渊增益系数大的缓存介质可提高缓存能力。
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