基于受激布里渊散射的双啁啾信号产生系统的制作方法
本技术属于光电技术领域，涉及一种基于受激布里渊散射的双啁啾信号产生系统。本技术仅
使用一个直流激光源，通过抑制载波双边带调制实现可调谐的双泵浦光产生，通过抑制载波
单边带调制实现扫频光载波的产生，利用泵浦光在布里渊增益介质中的受激布里渊散射效应
实现对扫频光载波从相位调制到强度调制的转换，利用傅里叶域锁模光电振荡器机理实现双
啁啾信号产生。本系统产生的双啁啾信号相噪低，线性度和长时间稳定性好，信号中心频率
和带宽均可灵活调谐。
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利用受激布里渊散射在光纤中实现光存储
第２２卷第５期 ２０１０年５月 强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩＧＨ ＰｏＷＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩＣＬＥ ＢＥＡＭＳ Ｖｏ１．２２，ＮＯ．５ Ｍａｙ。２０１０
文章编号：１００１—４３２２（２０１０）０５ １１５３—０４
利用受激布里渊散射在光纤中实现光存储
丁迎春， 任玉荣， 鲍 磊
（北京化工大学物理系，北京１０００２９）
摘要： 利用有限差分法在慢变包络近似下求解了耦合波方程组，并从理论上实现了短光脉冲的存储。 研究了数据脉冲的读出效率随声子寿命、布里渊增益系数、数据脉冲强度和控制脉冲强度的变化规律。结果显 示：在长声子寿命的条件下，可以获得高的读出效率和长的存储时间，而布里渊增益系数和数据脉冲强度对读 出效率没有影响；增大布里渊增益系数可以降低所需控制脉冲的强度。这种方法对短脉冲可以实现有效存储， 而对长脉冲不能实现存储。 关键词： 受激布里渊散射； 光存储； 读出效率； 声子寿命； 布里渊增益系数 中图分类号： ０４３１ 文献标志码： Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＨＰＩ ＰＢ２０１０２２０５．１１５３
慢光技术是目前研究非常活跃的领域，主要是因为它在缓存器、数据同步处理和光开关等方面有潜在的应
用价值。研究慢光的一个重要目的就是获得存储时间连续可调的全光存储器，这也是现代光信息网络的一个
瓶颈。近两年来，人们对基于各种慢光技术的光存储器进行了大量研究。研究较多的是用电磁感应透明
（ＥＩＴ）的方法 实现光存储。对于２Ｏ ｓ长的光脉冲存储时问已经超过了１ ｓ。但在ＥＩＴ法中，存储光的频率
必须精确地与原子或离子谐振频率相匹配，这限制了它的应用范围。近年来，利用受激布里渊散射（ＳＢＳ）在光
纤中实现慢光得到了很大的发展ｌ。，主要是与其它慢光技术相比，ＳＢＳ慢光有下列优点：能够在任意波长实
现；只需要很小的泵浦功率；可以与现有的通讯系统兼容；可以在室温下操作，等等。２００７年，Ｚｈｕ Ｚｈａｏｍｉｎｇ
BOTDR中散射谱中心频率的ESPRIT估计算法
BOTDR中散射谱中心频率的ESPRIT估计算法
基于布里渊光时域反射(BOTDR)的分布式光纤传感系统,由于能够实时监测长距离的光纤线路上的温度和应变信息,且具有较高的空间分辨率、传感精度和单端测量的系统结构,所以逐渐成为光纤传感领域的主流技术,并被广泛应用于电力系统、石油管道、地质矿探、结构安全监测等领域。本文的内容主要包含如下几个方面:第一,首先介绍了基于BOTDR的分布式传感技术的主要理论,接着简要论述并比较了两种布里渊(Brillouin)散射,即受激Brillouin散射和自发Brillouin散射的各自产生原理,然后探究了Brillouin散射谱信号中心频率的频移同温度的变化量之间的响应特性和对应关系,最后详细介绍了基于BOTDR的分布式光纤传感系统的关键性能指标。第二,阐述了Brillouin散射谱模型,简单介绍了谱估计方法的分类。
由于在BOTDR系统中,对光纤中各处的Brillouin散射谱中心频率的估计是测量的关键,也是最为费时的环节,导致BOTDR系统难以做到快速响应,所以本文提出了用ESPRIT算法来估计BOTDR系统中的Brillouin散射谱中心频率,并与基于快速傅氏变换(FFT)的散射谱中心频率估计算法做了比较分析。结果表明,ESPRIT算法具有与补零FFT算法配合上洛伦兹频谱拟合所得结果相近的性能,但计算资源的需求更少。第三,搭建了基于BOTDR的温度传感实验系统,首先将不同温度下所采集到的数据分别用ESPRIT算法和FFT算法对布里渊散射谱的中心频率进行估计,证实了ESPRIT算法的可靠性;其次不断缩小数据长度,比较两种算法在多次测量时频率测量值的标准偏差平均值,证实了ESPRIT算法的稳定性;然后计算不同数据长度下各算法测量温度与实际温度绝对差值的平均值,评估ESPRIT算法的准确性;最后分析ESPRIT算法在不同脉冲宽度下的温度绝对差值的平均值,来评估其在达到最高空间分辨率时的频率估计性能。
基于Tellurite光纤的受激布里渊散射慢光数值模拟
第３６卷第３期 ２０１０年６月 兰州理工大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖ０１．３６ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ ２０１０
文章编号：１６７３—５１９６（２０１０）０３－０１１０－０４
基于Ｔｅｌｌｕｒｉｔｅ光纤的受激布里渊散射慢光数值模拟
侯尚林，王忠义，朱 龙
（兰州理工大学理学院，甘肃兰州７３００５０）
摘要：利用受激布里渊散射对Ｔｅｌｌｕｒｉｔｅ光纤实现慢光进行数值研究．通过数值模拟得到在小信号以及增益饱和情 况下，斯托克斯脉冲的时间延迟和脉冲展宽随增益的变化关系；同时模拟了在固定的增益参数下，时间延迟及脉冲 展宽随斯托克斯峰值功率的变化关系．结果表明由于Ｔｅｌｌｕｒｉｔｅ光纤具有较高的增益系数，可以有效减少增益饱和 对斯托克斯脉冲的时间延迟的限制并且具有较大的延迟时间，同时表明较高的斯托克斯峰值功率也是造成增益饱 和的重要原因． 关键词：慢光；光纤；受激布里渊散射；增益饱和 中图分类号：ＴＮ９２９．１１ 文献标识码：Ａ
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＢＳ ｓｌｏｗ ｌｉｇｈｔ ｉｎ Ｔｅｌｌｕｒｉｔｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ
ＨＯＵ Ｓｈａｎｇ－ｌｉｎ，ＷＡＮＧ Ｚｈｏｎｇ－ｙｉ，ＺＨＵ Ｌｏｎｇ ．
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｉ．ａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｔｅｃｈ．，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｌｏｗ ｌｉｇｈｔ ｉｎ Ｔｅｌｌｕｒｉｔｅ ｆｉｂｅｒ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｗａｓ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．
Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ａｎｄ ｐｕｌｓｅ ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ ｏｆ Ｓｔｏｋｅｓ ｐｕｌｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇａｉｎ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｎｕ—
单模光纤中的后向布里渊散射理论模型
1 一．问题界定与描述
1. 受激散射与自发散射
在自发散射中，散射的发生是由于材料的光学性质自发微扰而形成的，并且
这种自发微扰主要是由于热力学量的随机涨落而形成的。因此，在自发散射中，
认为入射的光场并不影响材料的光学性质。自发布里渊散射（Spontaneous
Brillouin Scattering ，SpBS）就可能是材料中的压力随机扰动造成的。
在受激散射中，光强足够强以至于能够改变材料的光学性质从而产生比较强
的散射。受激布里渊散射（SBS）可以描述为：入射光（频率为
1
）与自发产生
的散射光（频率为
2）相干涉产生一个
12
的干涉频率项，通过材料的某一
物理机制，材料对这一干涉频率项产生响应，该响应可作为声波场的源，激励声
波，使得材料的光学性质发生改变，进一步加强散射效果。
2. 受激布里渊散射的机制
在SBS中，有两种物理机制能够使得信号光和散射光干涉之后能够驱动声
波。一种机制是电致伸缩效应；一种机制是光吸收效应。
粗略地讲，电致伸缩效应是指材料在高光强的区域会变得更加密集；而光吸
收效应是指材料在高光强的区域会发生膨胀。
由于电致伸缩响应要比光吸收效应要普遍得多，并且在光纤中，光吸收效应
可以忽略不计，因此在光纤中，一般只考虑基于电致伸缩效应的SBS。
3. 前向SBS和后向SBS
在一般的理论描述中，认为在光纤中只有后向的布里渊散射光，而无前向布
里渊散射光。这实际上是不正确的。在光纤中也存在前向的布里渊散射光。
在本文中我们只讨论后向布里渊散射光。这样，我们所描述的对象就是光纤
中的基于电致伸缩效应的后向布里渊散射。
二．布里渊散射的热力学理论
1. 基本理论
我们从宏观的热力学理论的角度来讨论材料的光学性质的改变。热力学量包
括密度、温度T、熵S
、压强P。一般认为，温度与密度为一对独立的热力学
量，熵与压强为一对热力学量。对于非混合的材料，材料相对介电常数
r
仅为密
2 度和温度
T的函数，即(,)
光纤激光受激布里渊散射的动力学特性研究
光纤激光受激布里渊散射的动力学特性研究
光纤激光中受激布里渊散射表现出了丰富的动力学特性,近年来已经引起了广泛的关注。基于这些动力学特性,受激布里渊散射已经被广泛用于实现光通信系统中的布里渊放大器、光纤传感、脉冲压缩、信号处理技术(如光存储以及快慢光等)以及产生不同种类的光源。
然而在这些与受激布里渊散射相关的应用当中,仍然存在一系列的问题,如光纤激光器中有源增益对受激布里渊散射过程的影响、共振频率失谐对受激布里渊散射动力学特性的影响、受激布里渊散射过程中泵浦光和斯托克斯光之间的瞬时能量流动特性以及多模光纤中受激布里渊散射的动力学特性和阈值特性等,尚未有明确解释,需要进一步深入研究。另外在高功率窄线宽脉冲光纤激光器中,包括受激布里渊散射在内的各种非线性效应已经成为限制其功率进一步提升进而制约其在地球科学、原子分子物理、频率变换、光束合成等领域的应用前景的主要因素。
本文针对上述问题开展了针对性的理论和实验研究,主要内容如下:论文首先回顾了目前关于光纤中受激布里渊散射动力学特性的研究进展,详细介绍了分别在单模和多模光纤内与受激布里渊散射效应相关的各种动力学特性的研究,阐明了进一步拓展和深入研究受激布里渊散射在光纤激光中的动力学特性的意义。针对在高损耗稀土离子掺杂光纤激光器中的受激布里渊散射过程,从实验和理论两个方面证明了混合的布里渊和有源增益可以支持部分锁模现象的出现。
首先,设计了相应的实验方案,实验结果表明为了使得激光器内部分锁模现象能够出现,需要布里渊和有源增益同时存在;其次,还建立了描述这一动态过程的理论模型,较好地解释了实验结果;最后详细阐述了导致不同斯托克斯纵模之间相位实现部分同步的物理机制。针对在连续泵浦下无外界反馈光纤中的受激布里渊散射过程,研究了共振频率失谐对受激布里渊散射动力学特性的影响。
从数值和理论结果中首次发现在无需克尔效应的参与下,共振频率失谐可以使得受激布里渊散射过程表现出丰富的动力学特性。上述机制在不借助外界反馈的情况下表现出一系列不同的动力学行为,包括连续稳态、周期态以及确定性混沌行为。
受激布里渊散射中Stokes光的反Stokes散射与慢光效应
受激布里渊散射中Stokes光的反Stokes散射与慢光效应
朱永祥;陆启生
【摘 要】In order to investigate the mechanism of slow-light effect via
stimulated Brillouin scattering (SBS), the occurrence of the anti-Stokes
scattering of Stokes light and the relationship between the anti-Stokes
scattering and the mechanism of slow-light via SBS were researched. It is
proved that the Stokes light can also be scattered by Brillouin ultrasounds
besides the pump light in SBS. The scattering is anti-Stokes, and is a
reversal process of the Stokes scattering of the pump light. Therefore, the
pump and Stokes lights in SBS experience a back-and-forth scatterings in
Brillouin sound fields. On this premise, a model was presented to depict
the slow-light effect, in which the optical distance of Stokes wave was
enhanced due to the back-and-forth scatterings and the pulse was slowed
基于FPGA的分布式光纤传感器的系统搭建
0引言
自20世纪90年代开始SBS散射已经被作为光纤温度和应变测
量技术的基础来研究，最早的报道之一关注的是用布里渊频移的测量
来确定温度和应变。随后的研究重点放在通过提高SBS频移测量精
度和空间分辨率以及相关联的连续波技术。SBS散射的频移和强度都
与光纤的温度和应变有关，单参数的测量不能分别确定两个值（温度
和应变）因此工作重点放在区分和解决远程系统上的温度和应变。已
确定SBS散射强度是受温度和应变影响的，1℃和300με在强度上产
生相同的影响。然而调查指出[1]目前准确的测量出频率很麻烦，所以本
文使用替代方案：用后向瑞利散射联合SBS来实现温度和应变的区
分。该方案只需测量散射光的强度就能解调出温度和应变的信息，既
可分同时测量散射光强度和频移的不便，又能用普通单模光纤得到预
期的效果。
1后向瑞利散射的原理
由于瑞利散射主要是因光纤纤芯密度不均匀导致折射率不均匀
而引起的，是一种弹性散射。因而瑞利散射光的频率和入射光的频率
一致，并且瑞利散射光的强度与入射光的衰减相关。沿光纤传播的光
在纤芯各处都有损耗，一部分沿光纤传播方向成180°的方向散射，返
回光源方向，这就是光纤中的后向瑞利散射。由于瑞利散射属于本征
损耗，因此可以作为应变、抖动、断点等参量的信息载体，提供光路全
程的连续检测信号。
后向瑞利散射光功率主要由入射泵浦光的脉宽W、峰值功率P0、
后向散射光捕获系数S和瑞利损耗系数αS决定。当光纤受到应变影
响时纤芯折射率的微小涨落导致S和αS发生改变，使得光纤在纤芯
中的传输模一部分变为泄漏模损失，一部分变成辐射模损失，导致此
处的后向瑞利散射光功率明显下降。其中，光纤的相对折射率差和芯
径与瑞利散射损耗也有很大关系[2]。通过解调后向瑞利散射光功率即
可获得应变信息。后向瑞利散射光功率PR、普通掺锗的石英光纤瑞利
损耗系数αS和后向散射光捕获系数S[3]，可以表示为[4]：
PR=P0SαSWVg2exp（－2αL）（1）
S＝n12－n22
基于F-P的布里渊散射探测空中目标系统设计
基于F-P的布里渊散射探测空中目标系统设计
何兴道;刘娟;史久林;刘建安;方伟
【摘 要】提出一种利用布里渊散射激光雷达进行空中目标探测的方法。该方法通过测量空中目标散射回波的频移来发现和追踪目标,具有高灵敏度、高信噪比等优点。本文还设计了基于F-P标准具的ICCD影像探测系统,该系统具有高分辨率时间门控功能和时序控制功能,可实现距离（高度）精确扫描。通过对F-P标准具的自由光谱范围等参数的精确设计,可实现对其对六角铁氧体、铝、高压气体等的特征散射光谱的探测。%A method about the detection of target in air using
Brillouin scattering laser lidar is introduced in this paper.The target will be
found and followed by detecting the wave shift of its back scattering.This
method has the advantage of higher sensitivity and SNR.A detecting
system of ICCD imaging technique based on Fabry-Perot etalon is
designed through theory analysis and experiment in lab.This system with
the function of controllable gate and sequential control can scan subject in
distance.The scattering spectra of subject made of（Zn1-xCox）2-W,Al,Fe
will be detected through the accurate design of FSR of Fabry-Perot etalon.
基于受激布里渊散射光学发生器和放大器的理论分析
第１９卷 第１期 ｇＯ０２年２月 量子电子学报
ＣＨＩＮＥＳＥ．ＩＯＵＲＮＡ Ｌ ＯＦ ＱＵＡＮ￣Ｉ Ｕｂｌ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ Ｖｏｌ１９ Ｎｏ１ Ｆｅｂ．２００２
文章编号 １００７－５４６１ ｃ２００２｝ｕ】一００３５—０３
基于受激布里渊散射光学发生器和放大器的理论分析
苏红 ．张为俊 ．王世兴！葛传文 ，
邵杰 ．杨颓 ，汪震 ，聂劲松
ｆ １中国科学院安徽光学精密机械研，甚所激光光谱学开放实验室， 舍肥 ２３００３１ ｌ
（２中国科学院固体物理研究所， 台肥 ２３００３１）
摘 要 本文在受激布里渊散射基础上，对其光学参量发生器和放大器的特点进行了理论研究，同时分析了相位
失配量在相应参量过程中对相位共轭光反射效率、泵浦闽值功率以及放大倍数的影响．这为进一步利用放大器提高
相位共轭提供了理论参考．具有一定指导意义．
关键词受擞布里渊散射 相位共轭；光学参量发生器；光学参黄放大器
中图分类号：０４３７ ２ 文献标识码Ａ
１引 言
自从ｚｅｒｄｏｖｉｃｈ等人【 】报道了受激散射的波前反演特性以来，其非线性光学位相共轭ｆ 就被广泛地
进行了研究，其中受激布里渊散射（Ｓｆ３Ｓ）是一种简单有效的方法。ＳＢＳ具有大散射截面、高增益、小频移
量、脉宽压缩等优点，并且可忽略前向散射引起的多次散射和高阶Ｓｔｏｋｅｓ光。另外在其参量发生器（ＯＰＧｌ
中，泵浦阕值容易达到，且不需要精确准直。降低泵浦闽值，提高相位共轭光反射效率， 及扩大泵浦工作
范围是提高ＳＢＳ相位共轭的主要指标。与ＯＰＧ相比，其参量放大器（ＯＰＡ）不仅满足以上指标，而且不存
在阕值问题．为了对二者有较为深刻的认识，本文从ＳＢＳ理论的基本方程组出发，分析了它们各自的工作特
点，并讨论了相位失配量的影响．结果表明，０ＰＡ是实现相位共轭的一种有效途径。
２理论分析
ＳＢＳ是由强入射光通过电致伸缩效应或热效应在介质中产生弹性声波（即光学折射率的扰动）所产生的．
高功率下光纤中的非线性效应抑制方法的研究
高功率下光纤中的非线性效应抑制方法的研究
一、引言
随着语音、图像和数据等信息量爆炸式的增长, 尤其是因特网的迅速崛起，人们对于信息获取的需求呈现出供不应求的态势。这对通信系统容量和多业务平台的服务质量提出了新的挑战，也反过来推动了通信技术的快速发展。1966年，美籍华人高锟博士提出可以通过去杂质降低光纤损耗至20dB/km，使光纤用于通信成为可能，从而开启了人类通信史的新纪元。与传统的电通信相比，光纤通信以其损耗低、传输频带宽、容量大、抗电磁干扰等优势备受业界青睐，已成为一种不可替代的支撑性传输技术。新型激光器和调制格式、波分复用(WDM)技术、宽带光放大技术的不断涌现，大幅提高了光通信能力[15]。光纤通信的传输容量在1980~2000年间增加了近10000倍，传输速率在过去的10年中提高了约 100
倍。目前,单信道40Gbit/s的光传输系统已经广泛商用，100Gbit/s 的
WDM/OTN(Optical Transmission Network，光传输网)链路也开始在欧美地区进行商用部署，400Gbit/s 的传输技术成为未来的研究方向。
众所周知，信号在光纤通信系统中的传输性能会受到光纤的损耗、色散和非线性效应的制约，而且传输速率越高、距离越长，上述效应越严重，对系统性能的劣化十分明显。因此，对这些制约因素的削弱甚至消除是进一步提高信息传输容量的关键，也一直是光纤传输技术的重点研究方向，并已取得了一系列卓有成效的进展。
二、光纤损伤及补偿技术
光纤损伤主要包含上节所述的损耗、色散和非线性效应。光放大器技术，包括EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)、FRA(Fiber Raman
Amplifier，光纤拉曼放大器)和参量放大器的出现已经完美地解决了光纤损耗问题。
光纤色散补偿技术也已十分成熟。色散作为一种线性损伤，其补偿原理是利用光电元件实现波长或偏振相关的延时功能。单模光纤的色散分为色度色散(CD,