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光纤布里渊散射是什么

布里渊散射是由介质的χ?(3)?非线性引起的效应,特别是与声子有关的非线性部分。入射光可以转换为能量较低的散射光子(通常在向后方向传播)和声子。光场和声波的耦合通过电致伸缩发生。即使在低光功率下也可以自发出现,然后反射热产生的声子场。对于更高的光焦度,可能会产生刺激效应,其中光场会显着增加声子的数量。在介质中光束的某个阈值功率之上,受激布里渊散射可以反射入射光束的大部分功率。此过程涉及对后向反射波的强非线性光学增益:可以以适当的光学频率强烈放大最初微弱的反向传播波。在此,两个反向传播的波产生一个行进的折射率光栅;反射功率越高,折射率光栅越强,有效反射率越高。

反射光束的频率略低于入射光束的频率;的频率差ν?对应于所发射的声子的频率。所谓的布里渊频移是由相位匹配要求设置的。对于纯反向布里渊散射,可以根据折射率?n,声速v?a和真空波长?λ计算布里渊位移:

布里渊频移

(对于纤维中的布里渊散射,必须使用有效折射率。)

光纤中,布里渊散射基本上仅在反向发生。但是,由于声波导管的影响,前布里渊散射也可能很弱。

布里渊频移取决于材料成分,并在某种程度上取决于介质的温度和压力。这种依赖性被用于光纤传感器

受激布里渊散射的另一个重要应用是光学相位共轭。例如存在用于高功率?Q开关激光器的相位共轭镜,该相位共轭镜使得在激光晶体中在向前和向后方向上发生的热畸变彼此补偿是可能的。

光纤中的布里渊散射

当窄带光信号(例如,来自单频激光器的光信号)在光纤放大器中放大或仅通过无源光纤传播时,经常会遇到受激布里渊散射(SBS)。虽然例如二氧化硅的材料非线性实际上不是很高,但是通常较小的有效模式面积和较长的传播长度强烈地促进了非线性效应。

图1显示了将单色光波注入10 m长的光纤中时发生的情况。反向传播的布里渊移动波从具有非常低的光功率的量子涨落开始,但是迅速增长。尽管如此,它仍然远远小于1 W的输入功率。

光纤中的布里渊散射
图1:?在10 m长的光纤中,泵浦功率(从左向右传播,红色曲线)和得到的布里渊信号功率(从右向左,橙色曲线)。泵的输入功率为1W。

对于稍微增加的1.8 W泵浦功率,布里渊增益(以分贝为单位)几乎翻倍,并且布里渊波变得更强。

光纤中的布里渊散射
图2:?与图1相同,但泵浦功率为1.8W。

为了进一步增加泵浦功率,布里渊波的功率将变得与泵浦功率相当。在这种情况下,会发生大量的泵耗竭。对于高SBS增益,这不会导致稳定的情况,而是会导致电源的混沌波动。

如果光纤长数公里,则毫瓦功率足以引起大量的布里渊散射。然而,然后必须考虑传播损耗,这是这种光纤长度的实质。同时影响泵浦波和布里渊波。

对于石英光纤,布里渊频移约为10–20 GHz,布里渊增益的固有带宽通常为50–100 MHz,这取决于强声吸取(短声子寿命约为10的声子寿命)。 NS)。但是,布里渊增益谱可能会由于各种影响而被“抹去”,例如声相速度的横向变化[14、19]或纵向温度变化。因此,峰值增益可能会大大降低,从而导致更高的SBS阈值。

窄带连续波光的光纤布里渊阈值通常对应于90 dB量级的布里渊增益。(在有源光纤中具有附加的激光增益,阈值可能会更低。对于一系列超短脉冲,SBS阈值不是由峰值功率决定的,而是由功率谱密度决定的,如Spotlight文章所述

SBS对光纤中窄带光信号的放大和无源传播引入了最严格的功率限制。为了提高布里渊阈值,可以将光的带宽增加到布里渊增益带宽之外,减小光纤长度,将布里渊位移略有不同的光纤连接起来,或者(在高功率有源光纤设备中)纵向使用变化的温度[21]。还尝试减少引导的光波和声波的重叠,或引入声波的显着传播损耗。通过基本的放大器设计修改,可以在一定程度上减少SBS问题,例如掺杂浓度有效模式面积和泵浦传播方向。

另一方面,布里渊增益可用于操作布里渊光纤激光器 。这种设备通常被制成光纤环形激光器。由于谐振器损耗低,它们可能具有相对较低的泵浦阈值和非常小的线宽

布里渊位移的温度依赖性可用于温度和压力感测

关键词:

光纤联系

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