中红外及掺铥光纤中的受激布里渊散射
光纤中的受激布里渊散射是最重要的光学非线性效应之一，被广泛应用在光纤通信、光纤传感和光纤激光等领域。目前对光纤中受激布里渊散射的研究主要集中在1.55μm附近的通信波段。随着中红外光纤的发展，研究者们在中红外波段对光纤中受激布里渊散射进行了理论和实验上的研究，与之相关的应用也被不断开发，如中红外布里渊光纤放大器、中红外光纤光速调控、分布式光纤传感等。本文探索了中红外光纤中的布里渊频移、布里渊增益谱和布里渊阈值等受激布里渊散射特性，并研究了在中红外光纤中受激布里渊散射引起的慢光。还对中红外增益光纤中的受激布里渊散射进行了理论分析，研究了受激布里渊散射对掺铥光纤放大器激光输出性能的影响。主要研究内容如下： 1.提出了一种新型As2S3光子晶体光纤，并使用有限元方法模拟了As2S3光子晶体光纤在2~6μm波段的布里渊频移、布里渊散射增益谱和布里渊阈值。研究结果表明当空气占空比小于0.6时，所提出的As2S3光子晶体光纤可保持单模工作。当泵浦波长从2μm增加到6μm时，在空气占空比为0.5的As2S3光子晶体光纤中，布里渊频移由6.194GHz减小到2.037GHz。布里渊增益谱的半高全宽取决于声子寿命，泵浦波长为2μm时布里渊增益谱的半高全宽是泵浦波长为6μm时的9倍。在空气占空比为0.5和0.6的情况下，As2S3光子晶体光纤中的最大布里渊增益分别为2.413×10-10m/W和2.429×10-10m/W。在光纤有效长度相同的条件下，布里渊阈值与泵浦波长正相关，在空气填充率为为0.5和0.6的光子晶体光纤中，使用6μm时的布里渊阈值比使用2μm泵浦时分别大27.8%和19.6%。在空气占空比为0.5和0.6的As2S3光子晶体光纤中，使用连续光作为泵浦，脉冲宽度为100ns的高斯脉冲作为信号光，得到了最大355.2ns的脉冲时延。这些数值结果对于在中红外波段设计和制造基于所提出的As2S3光子晶体光纤的光学设备或光学传感器具有重要意义。 2.对工作在2μm的掺铥光纤放大器中受激布里渊散射对激光输出性能的影响进行了理论分析。研究了双包层掺铥光纤在793nm的泵浦波长和1.9~2.1μm的激光工作波段的光模分布、有效折射率、有效模场面积和归一化频率。在1.9~2.1μm的激光工作波段数值计算了双包层掺铥光纤中的布里渊频移和布里渊增益谱等SBS特性。利用增益光纤中的受激布里渊散射理论模型，研究了受激布里渊散射对掺铥光纤放大器激光输出性能的影响。在DTDF-10/130双包层掺铥光纤中，使用功率为100W、波长为793nm的连续光作为泵浦，对波长为2μm、功率为0.01W的连续信号光进行放大。当泵浦光功率填充因子为0.01、0.02和0.03时，信号光的最大输出功率分别为25.27W、31.08W和34.06W。对应的最佳双包层光纤长度为2.66m、2.02m和1.75m，由受激布里渊散射产生的斯托克斯光功率分别为1.68W、1.39W和1.14W。结果表明，在掺铥光纤放大器中使用泵浦光功率填充因子大的双包层光纤可以降低光纤长度，以减小受激布里渊散射对信号激光输出功率的影响。本文的数值模型可以对光纤放大器的光纤长度进行优化，对提高实验效率、降低实验成本具有重要价值。
掺铥光纤放大器;受激布里渊散射;中红外光纤;布里渊频移;激光输出
兰州理工大学
硕士
物理电子学
侯尚林
2022
中文
TN722
2023-02-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）