少模光纤中受激布里渊散射慢光的研究
本文利用全矢量有限元法，分析了少模光纤受激布里渊散射过程中光场和声场的特性，利用光波和声波的耦合理论得出了不同条件下各模式的慢光传输特性，并通过该特性分别讨论了掺杂浓度、温度和应力对少模光纤中受激布里渊散射慢光的影响。主要研究内容和结论如下： 1.在稳态小信号解下，根据受激布里渊散射的声光耦合方程推导出少模光纤中时间延迟量的表达式，给出了慢光研究的理论基础。利用有限元法计算了少模光纤中不同模式对(泵浦波-Stokes)下的布里渊慢光，模拟了泵浦功率、有效传输长度对各模式对的布里渊阈值、时间延迟量及脉冲展宽因子的影响。结果表明，少模光纤中不同模式对的布里渊慢光特性不同；布里渊阈值随光纤有效长度的增大而减小，但随模式阶数的增大而变大；泵浦功率及有效传输长度越大，各模式对的时间延迟量、脉冲展宽越大，且当输入泵浦功率相同时，模内受激布里渊散射产生的慢光时间延迟量及脉冲展宽均大于模间。输入泵浦功率为0.5W，光纤有效长度为1km时，得到LP01-LP01、LP11-LP11和LP01-LP11模式的时间延迟量分别为643.7ns、362.6ns和213.2ns，对应的展宽因子分别为1.346、1.207和1.126。通过对少模光纤中受激布里渊散射慢光特性的分析，得到了较大时延量及较小脉冲形变的少模光纤，该结论从理论上为设计慢光器件和提高传输容量指明了一个可行的研究方向。 2.研究了不同掺杂浓度对少模光纤中受激布里渊散射慢光特性的影响，模拟了不同掺杂条件下LP01模和LP11模的有效模场面积、布里渊阈值、时间延迟量及脉冲展宽因子的变化。结果表明，掺杂会对各模式的布里渊慢光特性产生不同影响，相比LP01模，掺杂对LP11模的影响更大。输入泵浦功率一定时，掺杂浓度越大，LP01模和LP11模的有效模场面积和布里渊阈值越小，但LP01模和LP11模的时间延迟量及脉冲展宽越大；LP01模的时间延迟量大于LP11模的时间延迟量，但LP11模的时间延迟量随掺杂浓度变化更灵敏。其他参数一定时，可通过改变掺杂浓度来获得各模式下可调的时间延迟量，该工作对光缓存器件的研究具有重要的理论意义。 3.分别研究了不同温度和应力对少模光纤中LP01模和LP11模的受激布里渊散射慢光特性的影响，计算了各模式的有效折射率、有效模场面积、布里渊阈值、时间延迟量及脉冲展宽因子分别随温度(-20℃至80℃)和应力(0με到2000με)的变化。结果表明，LP01模和LP11模的慢光特性随温度和应力的改变均有明显变化，且LP11模的变化更为明显。输入泵浦功率一定时，LP01模和LP11模的有效模场面积和布里渊阈值随温度的升高、应力的增大而减小，对应模式的时间延迟量和脉冲展宽因子随温度的升高、应力的增大而增大，且LP11模对温度和应力的变化更为敏感。结论对设计基于受激布里渊散射慢光的少模光纤温度和应力传感器具有理论指导作用。
少模光纤;掺杂浓度;温度变化;应力分析;受激布里渊散射;慢光传输特性
兰州理工大学
硕士
物理电子学
侯尚林
2019
中文
TN818
2019-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）