光纤中受激布里渊散射效应及其应用研究-物理学;光学专业论文.docxVIP

洲f 洲f F I Ir l III II II I II IIJ Y1 849 1 m5ll n|r3iiiil 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 赵至筮 201 0年6月2日 非公开学位论文标注说明 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 申请密级 口限制(≤2年) 口秘密(≤10年) 口机密(≤20年) 保密期限 20 年 月 日至20 年 月 日 审批表编号 批准日期 20 年 月 日 限制★2年(最长2年，可少于2年) 秘密★lO年(最长5年，可少于5年) 机密★20年(最长10年，可少于10年) 摘要摘要 摘要 摘要 受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering，SBS)是泵浦光、斯托 克斯光通过声波进行的非线性过程。光纤中的SBS所需要的阈值远低于受激 拉曼散射(SRS)，是光纤中的主要非线性现象。光纤中的SBS非线性效应， 在相位共轭、光纤传感、微波光子学、光可控延迟以及光纤激光器等方面有着 广泛的应用。 光纤中基于SBS的可控慢光因为具有功率阈值低、群速度延迟易控、工 作波长可调谐、易于同现有光网络集成等优点，是光纤中慢光研究的热点。可 调谐多波长布里渊掺铒光纤激光器将光纤中的SBS非线性放大同掺铒光纤的 线性放大相结合得到室温稳定的多波长输出，具有波长间隔一致、线宽窄、功 率谱相对平坦等优点。 本论文是在天津市自然科学基金(No．08JCYBJCl4400)，天津市科技支撑 重点项目(No．07ZCKFGX00200)，国家臼然科学基金资助项目(NO．6057201 8) 的支持下完成的。主要内容包括： 1．对光纤中基于SBS的可控慢光和基于SBS的多波长掺铒光纤激光器的研究 进展进行了系统介绍。对光纤中SBS机理进行了阐述，并从SBS耦合波方 程出发，理论研究了光纤中基于SBS的慢光和快光。对SBS慢光延迟的稳 态小信号解析解进行了理论研究。 2．对高非线性光子晶体光纤作为SBS慢光介质进行了研究。通过理论分析得 到，具有小模场面积的光子品体光纤作为慢光介质可以提高慢光系统的延 迟效率。实验结果表明，在高非线性光子晶体光纤作为慢光介质的系统 中，50 ns脉冲信号获得了33 dB的布里渊增益，脉冲延迟了30 ns，延迟 效率达到了0．0046 ns／mW／m，是普通单模光纤的13．7倍。 3．设计研制了一种新型的环形腔可调谐多波长布里渊掺铒光纤激光器。提出 利用一个3 dB耦合器的两端连接增益介质，并结合另一个端1：3的光纤环镜 形成反馈、实现级联的结构，简化了激光器结构、降低了腔内的损耗。双 向布里渊泵浦结构有效的降低了激光器阈值功率和加强了多波长的产生。 在1480 nm最大泵浦功率110 mW时，激光器获得了13 nm调谐范围内平 均21个波长的输出。 摘要4．设计研制了一种基于光子晶体光纤的可调谐多波长布里渊掺铒光纤激光 摘要 4．设计研制了一种基于光子晶体光纤的可调谐多波长布里渊掺铒光纤激光 器。激光器采用结构简单的环形腔，用一个耦合器实现布里渊泵浦光的导 入和多波长激光的输出。利用70 m长的低损耗的高非线性光子晶体光纤作 为布里渊增益介质，缩短了腔长，便于集成。在布里渊泵浦信号3 dBm， 1480 nm泵源泵浦功率30 mW情况下，获得了可调谐范围25 nlTI的3波长 激光输出。当1480 nlTI泵源泵浦功率增加到最大110 mW时，实现了调谐 范围10 nm，波长间隔为0．078 nm的10个波长激光输出。 5．设计研制了环形和线形宽带可调谐多波长布里渊掺铒光纤光源。提出利用 光纤中的SBS效应产生反方向传输的斯托克斯信号将光信号返回腔中的结 构，消除了腔内自激模的影响，使光源的调谐带宽仅由掺铒光纤放大器的 带宽和布里渊泵浦信号的调谐范围决定。其中，线形结构采用布里渊泵浦 信号前置双次放大的结构，有效降低了闽值功率。光源实现了1 530～ 1570nm之间40 nm可调谐范围的多波长输出。 关键词： 受激布里渊散射、可控慢光、慢光介质、延迟效率、高非线性光 子晶体光纤、多波长布里渊掺铒光纤激光器、阂值功率、调谐范围、光纤光 源