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前向Brillouin散射和光纤Sagnac环滤波性的研究

作　者: 王静
导　师: 简水生
学　校: 北京交通大学
专　业: 光通信与移动通信
关键词: 横向声学模 前向Brillouin散射 高非线性光纤 掺杂光纤 Sagnac环 光纤激光器
分类号: TN248
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


光纤中前向Brillouin散射的色散曲线在零波矢处近似平坦,能用于产生梳状频率、光衰减器、锁模光纤激光器和光存储等领域。本文从理论和实验详细分析了125μm标准光纤中的横向声学模和前向Brillouin散射,首次在实验中观察到2km高非线性光纤(HNLF)中前向自发Brillouin散射(GAWBS)和高增益的前向受激Brillouin散射(FSBS)现象；结合新型稀土掺杂光纤的研制,提出了一种多偏振控制全光纤Sagnac环滤波器件。主要取得的成果如下：1.建立了横向声学振动模、极化GAWBS和去极化GAWBS散射的散射效率分析模型,首次在2km HNLF中分别观察到散射很大的极化GAWBS和去极化GAWBS光谱,散射效率和散射频率与理论计算完全一致。2.建立了标准光纤中前向受激类拉曼Brillouin散射(SRLS)和前向受激去极化Brillouin散射(SIPS)的增益和振幅分析模型。模型考虑了所有声学振动模式的存在,揭示了Kerr非线性效应对SRLS增益的大小和线型影响,由于Kerr非线性效应的存在,斯托克斯光和反斯托克斯光的增益变大、线宽变宽；增益谱失去了洛仑兹线型；增益的峰值频率偏离中心频率,向低频处移动。3.首次观察到2km标准HNLF中,频率范围从425MHz到1.1GHz的SRLS增益谱,当输入泵浦光8mW时增益峰值出现在振动频率933.8MHz处,增益因子34.7W-1,比Kang等人在Nature Physics上报道的实验值高三倍。揭示了振动模线宽的产生机制,以及注入泵浦光、斯托克斯光和反斯托克斯光的初始相位对SRLS增益的影响。4.提出一种包含多偏振控制的Sagnac环滤波器件,建立多级Jones矩阵分析法对透射输出特性进行分析。多偏振控制Sagnac具有波长间隔可调和边频抑制等优点；透射谱的偏振可调性随偏振控制级数的增加而增强,实验结果与理论研究一致。5.研制了一种新型的高性能稀土掺杂光纤,并实现了单偏振控制Sagnac环和双偏振控制Sagnac环选频调谐的环形腔掺铒光纤激光器。实验中调节PC分别得到了单波长、双波长和多波长激光输出。单偏振控制下得到了输出斜率效率为20%,3dB线宽0.016nm,30dB线宽0.097nm,边模抑制比(SMSR)40dB左右的稳定激光输出。双偏振控制下的3dB和30dB线宽小于0.03nm和0.06nm,室温下30分钟内峰值波长和功率波动小于0.05nm和0.1dB,激光输出的边模抑制比单偏振控制的情况提高了近5dB。

全文目录


致谢  6-8
中文摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
目录  12-15
第一章 绪论  15-41
  1.1 引言  15-16
  1.2 光纤中Brillouin散射的发展  16-19
  1.3 横向声学模与前向Brillouin散射的发展与现状  19-20
  1.4 掺杂光纤的制作与发展  20-22
  1.5 光纤Sagnac环滤波器的发展和现状  22-26
  1.6 本文主要研究工作和成果  26-28
  参考文献  28-41
第二章 横向声学模和GAWBS  41-63
  2.1 引言  41-42
  2.2 横向声学模  42-48
    2.2.1 横向声学模的理论描述  42-43
    2.2.2 光纤中的R_(0m)模和TR_(2m)模  43-48
  2.3 光纤中的GAWBS  48-52
    2.3.1 Brillouin频移  48-49
    2.3.2 散射效率  49-52
  2.4 高非线性光纤中的GAWBS  52-58
    2.4.1 实验装置  52-54
    2.4.2 GAWBS光谱  54-57
    2.4.3 讨论  57-58
  参考文献  58-63
第三章 前向受激Brillouin散射的理论分析  63-79
  3.1 引言  63-64
  3.2 理论描述  64-67
    3.2.1 电致伸缩理论  64-65
    3.2.2 前向受激Brillouin散射的分类  65-67
  3.3 增益和振幅方程  67-75
    3.3.1 SRLS的标量法分析  67-72
    3.3.2 SIPS的矢量法分析  72-75
  参考文献  75-79
第四章 光纤中的SRLS  79-107
  4.1 引言  79
  4.2 Kerr非线性效应对SRLS的影响  79-88
    4.2.1 光纤中的光波模式  79-81
    4.2.2 光纤中的Kerr非线性效应  81-83
    4.2.3 含有Kerr非线性的SRLS  83-85
    4.2.4 计算与模拟  85-88
  4.3 高非线性光纤中的SRLS  88-97
    4.3.1 初始相位的影响  88-91
    4.3.2 实验装置  91-92
    4.3.3 实验结果与讨论  92-97
  4.4 微结构光纤中的SRLS  97-102
    4.4.1 微结构光纤  97-100
    4.4.2 微结构光纤中的声光互相作用  100-102
  参考文献  102-107
第五章 掺杂光纤的制作和光纤Sagnac环滤波器  107-143
  5.1 引言  107
  5.2 掺杂光纤  107-119
    5.2.1 掺杂光纤的制作  107-110
    5.2.2 掺铒光纤  110-115
    5.2.3 掺镱光纤与铒镱共掺光纤  115-119
  5.3 高双折射Sagnac理论分析  119-123
  5.4 高双折射Sagnac环的调节特性  123-132
    5.4.1 偏振无关性  123-124
    5.4.2 HBF的调节特性  124-125
    5.4.3 PC的调谐特性  125-129
    5.4.4 实验结果与讨论  129-132
  5.5 高双折射Sagnac环滤波的可调环形腔掺铒光纤激光器  132-138
    5.5.1 单偏振控制Sagnac环滤波的可调环形腔掺铒光纤激光器  132-135
    5.5.2 双偏振控制Sagnac环滤波的可调环形腔掺铒光纤激光器  135-138
  参考文献  138-143
第六章 结语  143-147
  6.1 主要工作  143-144
  6.2 下一步研究  144-147
附录A  147-149
作者简历和攻读博士学位期间发表的成果  149-153
学位论文数据集  153

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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