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受激布里渊散射Stokes波形特性研究

作　者: 张玉林
导　师: 吕月兰
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 光学工程
关键词: 受激布里渊散射 斯托克斯 脉冲波形
分类号: O437.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering)是获得光学相位共轭光的一种重要手段,具有自泵浦、及实时地产生相位共轭波特点。本文基于受激布里渊散射(SBS)相位共轭技术,结合对海洋有高透射率蓝绿光(波长532ns)脉冲激光系统,提出了基于受激布里渊散射原理实现水下物体探测方法。通过对SBS过程Stokes波形特性规律的研究,在理论上探索利用SBS实现物体位置探测的可行性。本研究对发展受激布里渊散射理论及实际应用具有重要的科学意义。本文由受激布里渊散射过程泵浦场、斯托克斯场和声子场相互作用的耦合波方程组,建立了包含受激布里渊散射噪声起源的理论模型,接着建立了用于数值计算的单池SBS的物理模型;从描述SBS过程的耦合波方程出发,给出了描述单池SBS过程的物理模型。在时间上使用隐式有限差分法,在空间上使用后向差分法,建立了耦合波方程组的差分格式,建立了SBS数值计算模型,编制了用于模拟单池SBS脉冲波形的数值计算程序。根据建立的数值计算模型,引入峰值功率反射率、峰峰间隔、峰值比、调制深度、上升沿时间等参量,来描述SBS过程中Stokes波形特性。通过数值计算,理论分析了布里渊介质水中SBS过程中Stokes波形变化规律,获得了各波形特性参量依赖泵浦参数(泵浦峰值功率、泵浦脉宽)、介质参数(增益系数、声子寿命)和结构参数(聚焦透镜焦距、介质池长)等的变化规律,并深入探讨了上述各种参量影响波形特性的深层物理原因。通过对受激布里渊散射Stokes脉冲波形变化规律进行分析,发现增大介质池长和泵浦脉宽,适当选择焦距、泵浦能量、增益系数、声子寿命等参量,以便得到较高的峰值功率反射率和更好的响应特性。根据所建立的数值模型,研究了光纤中受激布里渊散射Stokes光脉冲波形。引入峰值功率反射率、脉宽压缩比、调制深度、上升沿时间等参量,来描述光纤中SBS过程中Stokes波形变化特性。通过对受激布里渊散射Stokes脉冲波形变化规律进行分析,发现增大泵浦脉宽、增加泵浦能量,选择增益系数大、声子寿命短的光纤介质,可以得到高反射率及更好的响应特性。本文对水介质及光纤中受激布里渊散射的Stokes波形变化规律做了系统研究,为利用SBS实现海水物体实际探测提供了理论指导。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章 绪论  11-19
  1.1 课题研究目的及意义  11
  1.2 国内外光散射海洋监测研究现状及分析  11-12
  1.3 SBS的研究概况  12-17
    1.3.1.SBS理论研究概况  13-15
    1.3.2.SBS应用研究概况  15-16
    1.3.3.SBS在光纤中的应用  16-17
  1.4 本论文主要内容  17-19
第2章 受激布里渊散射的理论描述  19-38
  2.1 引言  19
  2.2 受激布里渊散射的一般描述  19-21
  2.3 受激布里渊散射的基本方程  21-22
  2.4 受激布里渊散射的稳态解  22-27
    2.4.1.强光下介质中的声波方程——纳维-斯托克斯方程  22-23
    2.4.2.强光下介质中的电磁场波动方程  23-24
    2.4.3.受激布里渊散射的耦合波方程  24-27
  2.5 单池SBS数值计算差分方程的建立  27-29
  2.6 单池SBS阈值效应  29-32
    2.6.1 关于泵浦光无损耗的情形  29-30
    2.6.2 关于泵浦光有损耗的情形  30-32
  2.7 光纤内的受激布里渊散射位相共轭  32-37
  2.8 本章小结  37-38
第3章 受激布里渊散射Stokes波形特性理论模拟  38-55
  3.1 引言  38
  3.2 受激布里渊散射Stokes波形参量定义  38-39
  3.3 聚焦参数对Stokes脉冲波形的影响  39-44
    3.3.1.池长对Stokes脉冲波形的影响  39-42
    3.3.2.焦距对Stokes脉冲波形的影响  42-44
  3.4 泵浦参数对Stokes脉冲波形的影响  44-49
    3.4.1.脉宽对Stokes脉冲波形的影响  44-47
    3.4.2.泵浦峰值功率对Stokes脉冲波形的影响  47-49
  3.5 介质参数对Stokes脉冲波形的影响  49-54
    3.5.1.增益系数对Stokes脉冲波形的影响  49-52
    3.5.2.声子寿命对Stokes脉冲波形的影响  52-54
  3.6 本章小结  54-55
第4章 光纤中受激布里渊散射Stokes光脉冲波形模拟  55-65
  4.1 引言  55-56
  4.2 光纤长度对Stokes脉冲波形的影响  56-57
  4.3 种子脉宽对Stokes脉冲波形的影响  57-59
  4.4 泵浦功率对Stokes脉冲波形的影响  59-61
  4.5 增益系数对Stokes脉冲波形的影响  61-63
  4.6 光纤介质声子寿命对Stokes脉冲波形的影响  63-64
  4.7 本章小结  64-65
结论  65-67
参考文献  67-72
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  72-73
致谢  73

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 非线性光学（强光与物质的作用） > 受激布里渊散射
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