聚焦泵浦条件下固体介质中受激布里渊散射过程的数值研究
非线性光纤光学第九章-受激布里渊散射
调制不稳定性和混沌：当两反向传输的泵浦波同时出现时， 即使它们的强度都未能达到布里渊阈值，也能发生另一种 不稳定性，这种SBS感应的调制不稳定性类似于XPM感 应调制不稳定性 ；根据泵浦的不同，斯托克斯功率表现为 周期性或准周期性振荡，并最终变为混沌 。
5. 布里渊光纤激光器
连续（CW）运转的布里渊激光器
环形腔结构可以提高泵浦功率，使阈值降低，可用于高精度 激光陀螺仪中
分束器 定向耦合器 透镜 斯托克斯波 扫描光谱分析仪 泵浦波
激光器
图9.18 光纤布里渊环形激光器的示意图，定向耦合器将泵浦光束注入环 形腔内
F-P腔结构的布里渊激光器同时存在前向和后向传输的泵浦 波和斯托克斯波分量，不仅能通过级联SBS过程产生更高级
在稳态条件下，这两项为零，方程简化为前面最初的方 程。
弛豫振荡：在达到稳定值时，有弛豫振荡现象；如果存在 外反馈，弛豫振荡会转变为稳定振荡 。
解释：在光纤输入端附近，斯托克斯波的迅速增大消耗了大 量泵浦波，导致增益下降，直到泵浦波的消耗部分从光纤出 来，增益才重新恢复。上述过程重复进行形成了振荡。
近似相等
As 1 As 2 As i As 2 Ap z vg t 2
2
A i A Q
i 2 Q Q 1 vA B i B Ap As* t z Aeff 2
声波振幅
说明：以上方程只考虑到SPM和XPM效应，没有考虑色散！
本 章 小 结
1、SBS特点 增益带宽窄（约10GHz），这说明SBS效应被约束在 WDM系统的单个波长信道内 功率阈值与光源线宽有关，光源线宽越窄，功率阈值越低
2014非线性光学06受激拉曼散射与受激布里渊散射a详解
为分子的光学极化率。分子的极化率并非常数，因
为电偶极子受电场作用而受迫振荡，振子长度随时间
变化，即
(t)
0
q
0
q(t)
其中 0 为分子在平衡态的线性极化率，第二项为非 线性极化率。
偶极子在光电场中的静电能为
W 1 2
p(z,t) E(z,t)
1 2
0
E 2 ( z, t)
偶极子在外场中所受电场力为
F(z,t)
dW dq
0
2
d
dq
0
E 2 (z, t)
14/37
设介质中的总光场为
E(z,t)
E ei(PtkPz) P
E ei(StkS z) S
c.c.
因为总光场中存在两个不同频率项，则在 E(z,t)2
中会存在若干个不同频率项，我们只保留低频的
项 (P S ) ，即
E2 (z,t) 2EP ES*ei(tKz) c.c.
• 脉宽压缩性：受激散射光脉冲持续时间远小于入射激光脉 冲持续时间。
• 阈值性：入射激光的强度大于某一阈值光强后，散射光的 相干性、方向性和散射光强才有明显提高。
• 高阶散射特性：在加强输入光强或增加介质长度时，可出 现高阶Stokes散射光和Anti-Stokes散射光。
• 相位共轭特性：产生的受激散射光场的相位特性与入射激
• 拉曼散射 (Raman)：由介质内部原子、分子的振动 或转动所引起。是一种非弹性散射，散射光频率与 入射光的频率不同，频移量较大，相应于振动能级 差。散射光频率下移者，称为Stokes散射光；散射 光频率上移者，称为Anti-Stokes散射光。
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布里渊散射 (Brillouin)：介质密度（折射率）随时 间周期性起伏形成的声波（或声子）所引起的。这 是一种非弹性散射，散射光的频移量较小，相应于 声子能量。也有Stokes和Anti-Stokes散射光。
单模光纤中受激布里渊散射阈值研究
文章编号:025827025(2005)0420497204单模光纤中受激布里渊散射阈值研究沈一春,宋牟平,章献民3,陈抗生(浙江大学信息与电子工程学系,浙江杭州310027)摘要 分析和讨论了受激布里渊散射(SBS )阈值计算的Smith 模型和K üng 模型,研究了更为准确估算光纤中布里渊散射阈值的方法,通过布里渊增益系数与光纤长度的关系,发现对于较短长度光纤,其布里渊增益系数随着光纤长度变化范围较大,仅在长距离光纤时,布里渊增益系数才可以近似为常数。
实验测量了25km 单模光纤的受激布里渊散射阈值,推导出用布里渊时域反射仪(BO TDR )测量受激布里渊散射阈值计算公式,最后用布里渊时域反射仪测量了不同长度光纤受激布里渊散射阈值,实验结果与理论分析吻合。
关键词 光电子学;单模光纤;布里渊时域反射仪;受激布里渊散射中图分类号 TN253 文献标识码 AAnalysis and Measurement of Stimulated Brillouin ScatteringThreshold in Single Mode FiberSH EN Y i 2chun ,SON G Mu 2ping ,ZHAN G Xian 2min ,C H EN Kang 2sheng(De partment of I nf ormation and Elect ronic Engineering ,Zhej iang Universit y ,H angz hou ,Zhej iang 310027,China )Abstract The Smith ′s model and K üng ′s model for calculating the threshold of stimulated Brillouin scattering (SBS )are analyzed and discussed.The more exact method is investigated.The relationship between critical gain coefficient and fiber length is obtained ,which shows that the critical gain coefficient can be considered as constant only when fiber length is long enough.The SBS threshold of 25km single mode fiber is measured by experiment.Finally ,the experiment to measure SBS threshold using Brillouin optical 2time 2domain reflectometer (BO TDR )is done.The results are well agreed with the theoretical predication.K ey w ords optoelectronics ;single mode fiber ;Brillouin optical 2time 2domain reflectometer ;stimulated Brillouin scattering 收稿日期:2004202217;收到修改稿日期:2004207206 基金项目:浙江省自然科学基金(M603127)资助项目。
受激光布里渊散射结合脉冲泵浦的可调谐调Q光纤激光器
ｒ ｕ ｎ ｙ ｎ ａｌｆ ｒＱ—ｗｉ ｅ ｂ ｒ ｌｓｒｂ ｓｄ ｏ ｔ ｌｔｄ Ｂ ｉｏ ｉ ｃ ｔ ｉ ｆ ｑ ｅ ｃ ，ａ ｌ—ｉｅ ｓ ｔｈ ｄ ｆ ｅ ａｅ ａｅ ｎ ｓ ｍｕａｅ ｒ ｌｕｎ ｓａｔｒ ｇ （ ＢＳ ｎ ｕｓ ｅ ｂ ｃ ｉ ｉ ｌ ｅｎ Ｓ ）ａ ｄ ｐ ｌ ｅ ｐ ｍｐｎ ｓ ｐｅｅ ｔｄ ａ ｄ ｅ ｐ ｒ ｎａｌ ｅ ｎ ｔ ｔｄ ｈｏ ｇ —ｗｉ ｈ ｄ ｏ ｅａｉｇ ｄ ｅ ｔ ｈ Ｏ— ｕ ｉｇ ｗａ ｒｓｎｅ ｎ ｘ ｅｉ ｔｌ ｄ ｍｏ ｓ ａｅ ．Ｔ ｒｕ ｈ Ｑ ｓ ｔ ｅ ｐ ｒｔ ｕ ｏ ｔｅ Ｃ ｍｅ ｙ ｒ ｃ ｎ
ｐ ｍｐｎ ．ｔｅ ｓ ｂｅ Ｑ—ｗｉ ｈ ｄ ｏ ｔ ａ ｐ ｌｅｗａ ｂａｎ ｄ ｗ ｔ ｕ 一０ ｎ ｕａｉｎ ａ ｄ ｈｇ ｅ ｋ ｐ ｗｅ ． ｕ ｉｇ ｈ ｔ ｌ ｓ ｔ ｅ ｐｉ ｌ ｕｓ ｓｏ ｔｉｅ ｉ ｓｂ １ ｓｄ ｒｔ ｎ ｉｈ ｐ ａ ｏ ｒ ａ ｃ ｃ ｈ ｏ
Ｔ ｎ ｂｅＱ－ ｉ ｈ ｄ ｆ ｅ ａｅ ａｅ ｎ ｓ ｍｕａｅ ｉｏ ｉ ｕ ａｌ ｓ ｔ ｅ ｂ ｒｌｓｒｂ ｓｄ ｏ ｔ ｌｔｄＢｒ ｌｕｎ ｗ ｃ ｉ ｉ ｌ
ｓ ａ ｔ ｒ ｎ ｎ ｌｅ ｐ ｍ ｐ ｎ ｃ ｔｅ ｉ ｇ ａ ｄ ｐｕ ｓ ｕ ｉｇ
ＤＡＩ Ｚｈ ｏ ｇ ｉ ｙ ｎ ，Ｐ ＥＮＧ ｎ ｓ ｕ，ＯＵ ｏ ｇ— ｕ ，ＬＩ Ｊ ａ ｆ ｎ ，ＬＩ Ｙｏ ｇ— ｈ Ｚｅ ｇ—ｈｏ Ｚｈ ｎ ｈ ａ ｉ ｎ—ｅ ｇ Ｕ ｎ ｚｉ
代 志 勇， 增 寿 ， 中华 ， 剑 峰 ， 永 智 彭 欧 李 刘 （ 电子 科 技 大 学 光 电信 息 学 院 光 电 传 感 与 信 息 处 理 重 点 实 验 室 ． 川 成 都 ６ ０ ５ ） 四 １０ ４
受激布里渊散射
2
2 e
npp20c AB
第七章 收养
第一节 收养和收养法 第二节 收养关系的成立 第三节 收养的效力 第四节 收养关系的解除
5
第一节 收养和收养法
一、收养的概念和法律特征 （一）收养的概念
收养，是公民（自然人）依法领养他人子女 为己之子女，使本无亲子关系的当事人间发生法 律拟制的亲子关系的民事法律行为。 （二）收养的法律特征 1．收养行为的身份性 2．收养关系主体的限定性 3．收养关系的可变性
女的，死亡一方的父母有优先抚养的权利。” 我国《收养法》还规定：“未成年人的父母均不具备完全民事行为能力
的，该未成年人的监护人不得将其送养，但父母对该未成年人有 严重危害可能的除外。”（第12条）
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(三）收养人的条件 我国《收养法》第6条规定，收养人应当同时具备下列条件：
1、无子女 2、有抚养教育被收养人的能力 3、未患有在医学上认为不应当收养子女的疾病 4．年满30周岁 关于收养人方面的条件，我国《收养法》中还有下列几项规定。 第一，《收养法》第9条规定：“无配偶的男性收养女性的，收养人与被
根据能量和动量守恒，SBS过程中三个波之间的频率和波
矢有以下关系：
B p s
kA kp ks
满足色散关系的声波的频率和波矢
B A kA 2 Akp sin( 2)
泵浦波与斯托克斯波之间的夹角
在单模光纤中，只有前、后向为相关方向。因此，SBS仅 发生在后向，且后向布里渊频移为
B B 2 2n A p
在连续或准连续条件下，泵浦波与Stokes波的相互作用与
SRS的情形类似：
dI p dz
gB I p Is
Ip
几点说明： (a)Stokes波与泵浦波方向相反
受激布里渊散射Stokes波形特性研究的开题报告
受激布里渊散射Stokes波形特性研究的开题报告
【题目】
受激布里渊散射Stokes波形特性研究
【背景】
激光技术在现代通信、制造、医学、军事等领域得到广泛应用，其中受激布里渊散射技术作为一种重要的激光光谱分析方法被广泛应用。
受激布里渊散射是指当一个光子在激光入射场的作用下被散射时，该光子受到激光场的作用从而产生大于或等于一个光子的新能级。
这种散射产生的新能级叫做布里渊能级。
Stokes波是受激布里渊散射时，从高能级到低能级产生的能量释放波，其波形特性在激光光谱分析中具有重要意义。
【研究内容】
本项目旨在研究受激布里渊散射Stokes波的波形特性。
具体研究内容如下：
1. 基于理论模型，分析Stokes波的形成机制和波形特征。
2. 实验测量受激布里渊散射的Stokes波，获取波形数据并进行分析。
3. 对比理论模型和实验数据，分析实验结果与理论预测的相关性，并进行有效性验证。
4. 探究Stokes波的波形特性与激光参数、散射介质等因素之间的关系。
【研究意义】
通过对受激布里渊散射Stokes波形特性的研究，可以为激光光谱分析技术的发展提供重要的理论和实验基础。
同时，还可以通过研究Stokes波的波形特征，探寻其与激光参数及散射介质等因素之间的关系，为激光参数优化和散射介质选择提供参考依据。
受激布里渊散射笔记
i s ik s 2 du s ( rs ) 2 2 2 2 ik v ( k v ) u ( r ) E2 (r2 ) E1 (r1 ) s s s s s s s drs m 2m 120 k s E dE1 E2 s 1 2k1 2 dr1 2 dE 2 0 k s E 2 E1 s 2 2k 2 2 dr2
假定(1)式中的电场 E 是由两束平面光波组成的， 他们相对声波的运动方向是 任意的。设二光波和声波表示式为：
i (1t k1 r ) E1 (r , t ) E1 (r1 )e c.c. i ( 2 t k 2 r ) E2 (r , t ) E2 (r2 )e c.c. i ( s t k s r ) u (r , t ) u s (rs )e c.c.
的的光波通过光学介质时，会受到光栅的衍射作用，产生频率为 s 的散射，
这里的 s 是弹性声波的频率。 （布里渊散射中声波的作用类似于拉曼散射中分子 振动的作用。 ） 通常，布里渊散射的频移量很小，一般的光谱仪很难探测到。 二、受激散射（SRS、SBS）的基本特性： 随着高强度激光束的产生，出现了受激拉曼散射、受激布里渊散射等受激散 射现象，这些受激散射都显示出很强的与激光辐射类似的受激特性。 1.受激散射光的高强度性。受激发射具有极高的能量转换效率，是与光的受 激放大过程相类似的另一类相干光产生过程，可作为另一种相干辐射光源。 2.受激散射光具有很好的方向性。受激散射输出发散角与入射激光发散角有 一定关系。
2 El (r , t ) 2 ( PNL )l El (r , t ) 0 0 t 2 t 2
对受激布里渊散射激光进行组束的数值模拟及方案设计
第15卷 第9期强激光与粒子束Vol.15,No.9 2003年9月HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS Sep.,2003 文章编号: 100124322(2003)0920877204对受激布里渊散射激光进行组束的数值模拟及方案设计Ξ王双义, 林殿阳, 吕志伟, 赵晓彦, 王 超, 王晓慧(哈尔滨工业大学光电子技术研究所,黑龙江哈尔滨150001) 摘 要: 提出了时间上串行的多路激光脉冲通过受激布里渊散射(SBS)池进行组束的方法,并对其进行了数值模拟研究。
利用6束每束能量为45J的KrF激光进行组束,可获得能量为141.89J,脉宽为670ps的Stokes输出光。
根据模拟结果设计出了时间上串行的SBS激光组束的两个方案,对其进行了讨论。
数值模拟还发现在介质的增益系数更大、声子寿命更短的情况下,输出激光脉冲的脉宽可以压缩得更窄。
关键词: 受激布里渊散射; 组束; 数值模拟 中图分类号: O437.2 文献标识码: A 为了获得高能量、高功率、短脉冲、高质量光束的激光,对多路输出的激光进行组束是十分有效的。
因此,如何对多路激光进行组束已成为人们不断研究的课题。
就目前的发展来看,利用受激布里渊散射(SBS)对多路激光进行组束受到人们的普遍关注和研究。
利用SBS对激光进行组束,最早进行这项研究的是前苏联的Basov[1]等人,他们除了用重叠耦合矫正双折射外,还用实验证明了重叠在同一波导中两束激光的相位锁定[2]。
后来Basov对九路相位共轭放大器激光组束进行了实验研究[3]。
美国的Loree[4]等人作了一系列重叠耦合和后向注入种子光相位锁定的实验。
Hughes 研究实验室的Rockwell[5]和Sumida[6]也分别设计出两路并束输出的实验系统和八路并束输出的实验系统。
TRW公司的Valley和Mayor等[7]人也对SBS作用下两束光的相位锁定进行了研究。
光子晶体光纤中受激布里渊散射与四波混频技术研究
光子晶体光纤中受激布里渊散射与四波混频技术研究近年来,光子晶体光纤(PCF)技术取得很大的进展。
PCF设计灵活,具有无休止单模特性、奇异的色散特性和高非线性的特点,通过合理的设计,PCF的非线性比普通单模光纤的非线性高一到两个数量级。
因此,人们对PCF中的非线性进行了大量的研究。
受激布里渊散射(SBS)是光纤中重要的非线性效应,它具有阈值低、易发生的特点,使得SBS在光通信系统中既有积极的作用,又有消极的作用。
SBS可用做光纤布里渊激光器和放大器,这是其积极的方面。
相反,对于光纤中其它的非线性效应,如四波混频(FWM),SBS的发生会减弱FWM的效率,这时需要考虑抑制SBS。
本论文从利用SBS和抑制SBS两个角度,分别研究了PCF中的SBS和FWM。
论文首先分析了以PCF为增益介质的光纤布拉格光栅F-P(Fabry-Perot)腔中稳态SBS的模型。
在考虑PCF损耗的条件下,具体研究了光纤布拉格光栅F-P腔的透射功率、反射功率与输入泵浦波功率的关系;仿真了光纤布拉格光栅F-P腔中的泵浦波和斯托克斯波的功率分布;模拟计算了PCF长度对光纤布拉格光栅F-P腔中SBS阈值的影响。
在上述理论研究的基础上,提出了一种新型的以PCF为增益介质的基于光纤布拉格光栅F-P腔的双频布里渊激光器,利用25 m长的高非线性PCF和两个光纤布拉格光栅构成F-P腔,作为布里渊激光器的谐振腔,这种腔结构有益于提高布里渊激光器的转换效率,降低布里渊激光器的阈值。
论文研究的布里渊激光器的阈值为35 mW,当输入泵浦波功率为130 mW时,激光器的转换效率为18%。
与已报道的PCF布里渊激光器相比,论文利用最短的PCF实现了最低阈值的PCF双频布里渊激光器。
在光通信系统中,信号需要通过微波调制到光信号上进行传输,所以微波信号的产生非常重要。
论文提出了一种新型的基于PCF双频布里渊激光器的微波发生器,通过选择具有一定反射谱的光纤布拉格光栅,可以使PCF布里渊激光器仅产生一阶斯托克斯波,抑制高阶斯托克斯波的产生,泵浦波和一阶斯托克斯波的频率差落在微波的频率范围内,可以通过泵浦波和一阶斯托克斯波混频得到微波信号。
光纤中受激布里渊散射
在光纤中传播的光波，其大部分是前向传播的，但由于光纤的非结晶材料在微观空间存在不均匀结构，有一小部分光会发生散射。
光纤中的散射过程主要有三种：瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射，它们的散射机理各不相同。
其中，布里渊散射是光波与声波在光纤中传播时相互作用而产生的光散射过程，在不同的条件下，布里渊散射又分别以自发散射和受激散射两种形式表现出来。
在注入光功率不高的情况下，光纤材料分子的布朗运动将产生声学噪声，当这种声学噪声在光纤中传播时，其压力差将引起光纤材料折射率的变化，从而对传输光产生自发散射作用，同时声波在材料中的传播将使压力差及折射率变化呈现周期性，导致散射光频率相对于传输光有一个多普勒频移，这种散射称为自发布里渊散射。
自发布里渊散射可用量子物理学解释如下：一个泵浦光子转换成一个新的频率较低的斯托克斯光子并同时产生一个新的声子；同样地，一个泵浦光子吸收一个声子的能量转换成一个新的频率较高的反斯托克斯光子。
因此在自发布里渊散射光谱中，同时存在能量相当的斯托克斯和反斯托克斯两条谱线，其相对于入射光的频移大小与光纤材料声子的特性有直接关系。
由于构成光纤的硅材料是一种电致伸缩材料，当大功率的泵浦光在光纤中传播时，其折射率会增加，产生电致伸缩效应，导致大部分传输光被转化为反向传输的散射光，产生受激布里渊散射。
具体过程是：当泵浦光在光纤中传播时，其自发布里渊散射光沿泵浦光相反的方向传播，当泵浦光的强度增大时，自发布里渊散射的强度增加，当增大到一定程度时，反向传输的斯托克斯光和泵浦光将发生干涉作用，产生较强的干涉条纹，使光纤局部折射率大大增加。
这样由于电致伸缩效应，就会产生一个声波，声波的产生激发出更多的布里渊散射光，激发出来的散射光又加强声波，如此相互作用，产生很强的散射，这就是受激布里渊散射（SBS）。
相对于光波而言，声波的能量可忽略，因此在不考虑声波的情况下，这种SBS过程可以概括为频率较高的泵浦光的能量向频率低的斯托克斯光转移的过程。
受激布里渊散射与激光诱导击穿的组合式脉冲压缩技术
受激布里渊散射与激光诱导击穿的组合式脉冲压缩技术汇报人：日期:•引言•受激布里渊散射原理•激光诱导击穿原理•组合式脉冲压缩技术•实验设计与结果分析目•研究结论与展望录01引言研究背景与意义受激布里渊散射（SBS）是一种光学非线性现象，其研究对于深入理解光与物质相互作用机制具有重要意义。
激光诱导击穿（LIB）是一种强光与物质相互作用的过程，具有重要应用价值，如激光点火、激光烧蚀等。
SBS与LIB的组合式脉冲压缩技术可以实现高能量、高峰值功率的脉冲输出，对于深入研究和开发新型激光技术具有重要价值。
目前，对于SBS与LIB的研究已取得一定进展，但在组合式脉冲压缩技术方面仍存在一些挑战和问题。
现有的组合式脉冲压缩技术尚不能实现高能量、高峰值功率的脉冲输出，且在光束质量、稳定性和可靠性等方面存在不足。
发展新型的组合式脉冲压缩技术，以实现高能量、高峰值功率脉冲输出，并提高光束质量、稳定性和可靠性，是当前研究的热点和难点。
研究现状与发展02受激布里渊散射原理当强激光在透明媒质中传播时，由于激光的电场作用，媒质中的分子会发生极化，极化后的分子会随时间产生周期性振荡，并对外辐射电磁波，这种辐射的波长与激光波长相同或比激光波长长，这就是受激布里渊散射。
受激布里渊散射是一种非线性光学效应，它与激光的强度、频率和波长等因素有关。
受激布里渊散射的物理机制利用受激布里渊散射可以实现光信号的放大和再生，提高通信系统的传输距离和速率。
受激布里渊散射的应用领域光学通信通过测量受激布里渊散射光的强度和频率变化，可以对媒质中的折射率、温度、压力等参数进行高灵敏度的传感。
光学传感利用受激布里渊散射可以实现激光雷达的远程探测和成像，适用于目标跟踪、环境监测等领域。
激光雷达受激布里渊散射的影响因素激光强度越高，受激布里渊散射效应越明显。
激光强度媒质性质脉冲宽度激光频率媒质的折射率、热光系数、分子极化率等物理参数都会影响受激布里渊散射的效应。
VPI大作业题目
1.不同调制格式的时频域特征研究与传输性能对比说明与要求：构建一个单波长光纤通信系统，工作速率为10Gbps。
以NRZ-OOK, NRZ-DPSK，33%-RZ-DPSK和NRZ-QPSK为例，研究不同调制格式时域波形和光谱形状的差别。
讨论使用这些调制格式时，在同样进纤功率条件下系统误码性能随标准单模光纤长度的变化关系（不考虑光纤非线性效应）。
参考例程：Differential Phase Shift Keying (DPSK) vs. Non Return-to-Zero (NRZ) for 40 Gbit/s over 5*90 km Terrestrial System。
难度等级：B2.不同调制格式的抗色散性能与光信噪比要求对比分析说明与要求：构建一个单波长光纤通信系统，工作速率为10Gbps。
以NRZ-OOK和NRZ-DPSK为例，研究不同调制格式随标准单模光纤色散值变化而引起的脉冲展宽变化规律，分析这两种调制格式误码率随光信噪比的变化关系（不考虑光纤非线性效应）。
参考例程：BER vs. Accumulated Dispersion for ASK, DPSK and DQPSK modulation formats；BER vs OSNR for ASK, DPSK and DQPSK Modulation Formats。
难度等级：B3.光纤中受激布里渊散射效应的研究说明与要求：通过测量背向散射功率获得不同有效面积光纤的SBS阈值，构建相关变化规律曲线；讨论使用标准单模光纤时, SBS效应对不同调制格式（如NRZ-OOK，33%RZ-OOK，50%RZ-OOK等）光信号的传输损伤。
参考例程：Stimulated Brillouin Scattering in Optical Fibers: estimating the Brillouin threshold；Eye Opening Degradation due to Stimulated Brillouin Scattering in Optical Fibers。
受激布里渊散射介绍
受激布里渊散射介绍印新达武汉光迅科技股份有限公司简述。
在向较长的光纤中发射激光时，如果超过了某个最大临界功率，则由于线宽和光纤类型的原因，可能会发生强烈的反射，从而导致在光纤另一端所观测到的功率达到最大极限值，这就是受激布里渊散射（SBS）。
显而易见，受激布里渊散射（SBS）现象将对传输功率产生限制，并且引发信号噪声。
该现象起源于光纤中的声波对信号光的反向散射。
在较短的光纤中，也会发生这种现象，但程度要轻微得多。
被散射的光将产生一个等于布里渊散射漂移频率的偏移，变为较低的光频（较长的波长），这是光纤材料的一项固有特性。
普通单模石英光纤的漂移频率约为11GHz（波长0.09nm）。
如果光纤中前向和反向传输的光之间的频率差恰好等于布里渊散射漂移频率，则反向散射光将引起更多的前向传输的光信号被反向散射。
因此，如果信号功率足够大，由该受激反向散射所导致的反向散射光功率，可能会超过因为光纤衰减而损失的功率。
为了实现更大距离与更高速率的传输，现代传输系统的光发射功率越来越大。
因此，人们不得不考虑非线性效应，特别是受激布里渊散射（SBS）等现象，而系统设计者们也需要在功率分配要求与由SBS等非线性效应所引起的信号损失这两者之间进行平衡。
为了使光纤放大器的高输出功率能够有效地注入单模光纤，必须提高SBS门限功率。
采用的方法主要是对信号光源作附加调制或对外调制器作附加调相，使入射光的谱宽增大。
1 SBS的产生和物理现象当注入光纤中的光功率从0开始增加，在光功率很小时，光纤中不产生非线性过程。
当注入光纤功率增加到超过某一阈值光功率后，光纤中出现非线性过程。
该非线性过程产生的物理现象是：绝大部分输入光功率转换为后向散射的斯托克斯光波。
这一非线性过程称为受激布里渊散射。
产生SBS的阈值光功率与入射光波的谱宽有关。
对连续光波或相对较宽的脉冲光波(≥1Ixs)，SBS 的阈值光功率可低至lmW(0dBm)；而对脉冲宽度<1Ons的短脉冲光波，SBS几乎不会发生。
受激拉曼散射辅助的布里渊多波长光纤激光技术研究
受激拉曼散射辅助的布里渊多波长光纤激光技术研究论文标题：1. 激光器的设计与性能分析2. 优化布里渊散射噪声对多波长输出的影响3. 光纤固有噪声对激光性能的影响及其抑制方法4. 激光系统的稳定性分析与优化5. 基于微系统技术的布里渊多波长光纤激光器开发6. 基于电子锁定技术的布里渊多波长光纤激光器频率稳定性研究7. 基于加五波长设计的布里渊循环光纤激光器的开发与性能分析1. 激光器的设计与性能分析在布里渊多波长光纤激光技术研究中，激光器的设计是至关重要的一步。
本文将从激光器单元元器件选取、尺寸设计及材料选择等方面，详细介绍布里渊多波长光纤激光器设计及激光器工作原理。
通过理论与实验分析比较，得出了激光器现阶段的优缺点，为后期研究提供了理论基础。
本研究的亮点在于，针对不同的应用场景，设计了多种激光器结构，实现了更高效的输出、更稳定的性能和更广泛的应用。
2. 优化布里渊散射噪声对多波长输出的影响在布里渊多波长光纤激光器的研究中，布里渊散射噪声是激光器输出稳定性的重要参考因素。
本文提出了一种优化布里渊散射噪声对多波长输出的方案。
方案包括选择合适的激光器工作波长范围、设计合适的光纤构造及参数、采用适当的放大器及滤波器等。
本研究的创新在于，针对不同波长间的相互影响及布里渊散射噪声的概率分布进行了全面优化，提高了多波长输出的稳定性和可靠性。
3. 光纤固有噪声对激光性能的影响及其抑制方法光纤固有噪声是影响布里渊多波长光纤激光器性能的重要因素之一。
本文基于光纤传输特性及材料学原理，分析了光纤固有噪声产生的原因及其对激光器输出的影响。
并就采用信号处理方法，采用数字滤波器优化激光器性能等方面抑制固有噪声的方法做出了探讨。
本研究的亮点在于，提出了多种有效抑制光纤固有噪声的方法，并在实验中验证了各种方法的有效性和可行性。
4. 激光系统的稳定性分析与优化布里渊多波长光纤激光器性能稳定性是其应用的重要可靠性因素。
本研究通过系统性分析，研究了激光系统系统集成的稳定性、相干性检测器的优化方案、光学非线性特性及其他环境因素等对激光系统稳定性的影响。
介质纳米结构中表面等离激元激发、传播与聚焦特性的数值研究的开题报告
金属/介质纳米结构中表面等离激元激发、传播与聚
焦特性的数值研究的开题报告
一、研究背景
随着纳米技术和材料的快速发展，金属/介质纳米结构的研究成为了一个热门领域，其中表面等离激元成为了吸引人们关注的重要研究对象。
表面等离激元是一种产生于金属/介质边界的电磁波模式，具有高度本征
局域化和增强的性质，因而在化学传感器、光电子学、光子学等领域有
着广泛的应用。
近年来，人们对于表面等离激元的激发、传播和聚焦特性进行了深
入的研究，并提出了许多新的理论和方法对其进行探究。
其中数值方法
在这一领域的应用越来越广泛，能够帮助人们更深入地理解表面等离激
元的本质和特性。
二、研究目的
本项目旨在运用数值方法研究金属/介质纳米结构中表面等离激元的激发、传播和聚焦特性，分析不同材料和结构参数对这些特性的影响，
并通过数值模拟探究表面等离激元在不同应用中的潜在价值。
三、研究内容
1. 建立适合金属/介质纳米结构的数值模型
2. 通过有限元模拟方法对模型进行求解，研究表面等离激元在纳米
结构中的激发、传播和聚焦特性
3. 对比分析不同材料和结构参数对表面等离激元特性的影响
4. 探究表面等离激元在化学传感器、光电子学、光子学等领域中的
应用潜力
五、研究意义
本项目的研究内容涉及到表面等离激元的激发、传播和聚焦特性等诸多方面，有望开辟新的技术应用市场，并为纳米领域的发展提供新的思路和方法。
另外，本项目采用数值模拟方法进行研究，对于传统实验难以观测的现象具有一定的补充和扩展作用。
355nm激光泵浦BN晶体受激拉曼散射实验的研究
355nm激光泵浦BN晶体受激拉曼散射实验的研究作者：夏腾杜丹赵崎策陶宗慧来源：《科技创新导报》 2014年第34期夏腾杜丹赵崎策陶宗慧(长春中国光学科学技术馆吉林长春 130117)摘要：自从受激拉曼散射被发现以后，发现了多种拉曼介质，这些拉曼介质有气体、液体还有固体，从这些介质的受激拉曼散射中得到上百条谱线，光谱分布从紫外到近红外，有效拓宽了激光光谱范围。
增益较高的拉曼晶体有碳酸盐、硝酸盐和钨酸盐晶体，在这些晶体中Ba(NO3)2晶体是最有潜力的材料之一。
该文研制出一套实验系统，通过受激拉曼散射的原理和实验结合来研究硝酸钡晶体的受激拉曼散射现象。
研究内容主要包括如下：搭建一级放大1064nm激光实验系统;在1064nm有源光基础上，完成泵浦光355nm激光的搭建;完成355nm激光泵浦Ba(NO3)2晶体的受激拉曼散射实验研究。
关键词：355nm激光 BN晶体受激拉曼散射中图分类号：O437 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)12(a)-0023-021 绪论1.1 引言激光的出现使受激拉曼散射等非线性光学在理论研究和应用有了长足的发展。
20世纪80年代前，较为实用的拉曼介质主要为气体拉曼介质，例如H2，CH4等，气体中的受激拉曼散射在激光频移、脉冲压缩还有放大等方面得到广泛的应用。
在1963年晶体介质中受激拉曼散射的首次报道，G.Eckhardt等人在金刚石、方解石等晶体中发现了受激拉曼散射效应。
之后近20年，天然方解石晶体由于具有较大的尺寸和较低价格成为了唯一实用的固体拉曼介质。
1977年，C.P.Dzhotyan等人以LiIO3和HIO3晶体作为非线性介质研究参量振荡时发现了在这些晶体中同时存在着受激拉曼散射效应。
1980年，Eremenko等人获得了Ba(NO3)2晶体在可见光区域的拉曼激光。
之后相继出现多种拉曼散射增益系数大并且价格适中的人工晶体，例如BaWO4，KGd(WO4)2及YVO4等晶体，晶体的受激拉曼散射研究开始受到关注。
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第16卷 第9期强激光与粒子束Vol.16,No.9 2004年9月HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS Sep.,2004 文章编号: 100124322(2004)0921106205聚焦泵浦条件下固体介质中受激布里渊散射过程的数值研究X郭少锋1,2, 陆启生1, 李 强1, 程湘爱1, 邓少永1, 曾学文1(1.国防科学技术大学理学院,湖南长沙410073; 2.中国科学院福建物质结构研究所,福建福州350002) 摘 要: 在非线性光学耦合波方程组中加入聚焦项,使之能够描述聚焦泵浦条件下的受激布里渊散射过程(SBS)。
利用改进的SBS方程组,模拟了聚焦泵浦条件下熔石英玻璃棒中的SBS过程,给出了SBS反射率与泵浦激光能量的依赖关系,发现散射光脉冲中存在“聚焦刺”,并通过分析SBS诱导产生的应力场的特征对布里渊介质的安全性进行了评估,理论分析的结果与Y oshida等人的实验结果一致。
关键词: 受激布里渊散射; 聚焦泵浦; 反射率; 激光损伤 中图分类号: O437;TN241 文献标识码: A 受激布里渊散射(SBS)是一种非常重要的非线性光学现象,近年来在脉冲压缩、相位共轭以及相干破坏机理等研究领域引起了人们广泛的研究兴趣[1～5]。
实验上,为了有效地产生受激布里渊散射,在布里渊介质前都要放置会聚透镜,以提高泵浦光的功率密度。
光束被聚焦后,光强在光轴方向可能具有很大的变化,受激散射过程将与非聚焦的情况有很大差别。
为了反映出这种差别,一些学者采取了一种唯象的方法,即将耦合波方程的相互作用项除以光束的横截面积[6]。
我们从平面波的传播理论出发,在波动方程中引入一聚焦项,对传统的SBS方程组进行改造,使之适用于聚焦的情形。
利用改进的SBS方程组,研究了熔石英玻璃棒中SBS过程,并与Y oshida等人[7]的实验结果进行比较。
1 聚焦泵浦条件下的SBS方程 当激光束的横向尺寸较小,而SBS介质纵向尺寸较大时,后向SBS占主导地位。
忽略光强在光束截面内的变化,描述一维后向SBS的非线性光学耦合波方程组为[6]5A p(x,t)5x+nc5A p(x,t)5t=iγk p2ρ0n2A a(x,t)A S(x,t)(1)-5A S(x,t)5x+nc5A S(x,t)5t=iγk s2ρ0n2A3a(x,t)A p(x,t)(2)5A a(x,t)5x+v a 5A a(x,t)5x+αav a2A a(x,t)=iε0γk a4v a A3S(x,t)A p(x,t)+f(x,t)(3)在公式(1)～(3)中:A p,A S和A a分别是泵浦光、Stokes光和声波场的复振幅;ρ为介质密度的变化量,v a为声波的传播速度;αa为声波在介质内的衰减系数;γ为介质的电致伸缩系数或弹性光学系数;ε0为真空介电常数;n为介质的折射率;c为真空中的光速;ρ0为不存在外界光场的情况下介质的平均密度;f(x,t)是Langevin噪声源项,用来表征介质密度的热起伏,其具体表达式可参考文献[10]。
(1)式右端代表的是声波和光波的相互作用,令之为零,则方程5A p(x,t)5x+nc5A p(x,t)5t=0(4)代表的是平面波在透明介质中的自由传播,速度为c/n。
(4)式中光束的横截面不随传播方向变化,对应的空间不变量是A p(x),即激光场的振幅不随传播距离而改变。
由于聚焦的原因,光束截面半径成为传播距离的函数,设为w(x),则对应的空间不变量应为πw2(x)[A p(x)]2,即激光的功率不随传播距离而改变,将其平方X收稿日期:2003210221; 修订日期:2004202226基金项目:国家863计划项目资助课题;福建省青年科技人才创新项目基金资助课题作者简介:郭少锋(1975—),男,博士,主要从事激光破坏机理研究工作;E2mail:guoshaofeng@。
根形式w (x )A p (x )代替(4)式中的A p (x ),稍作变形,可得5A p (x ,t )5x +A p (x ,t )w (x )5w (x )5x +n c 5A p (x ,t )5t=0(5)(5)式中,第二项反映的是聚焦带来的光强变化,我们称之为聚焦项。
同理,散射光方程对应的聚焦项应该为-5A S (x ,t )w (x )5w (x )5x(6)将聚焦项代入(1),(2)式,得到聚焦型的耦合波方程组5A p (x ,t )5x +A p (x ,t )w (x )5w (x )5x +n c 5A p (x ,t )5t =i γk p 2ρ0n 2A a (x ,t )A S (x ,t )(7)-5A S (x ,t )5x -A S (x ,t )w (x )5w (x )5x +n c 5A S (x ,t )5t =i γk s 2ρ0n 2A 3a (x ,t )A p (x ,t )(8)5A a (x ,t )5t +v a 5A a (x ,t )5x +αa v a 2A a (x ,t )=i ε0γk a 4v aA 3S (x ,t )A p (x ,t )+f (x ,t )(9) 从(7),(8)式可以看出,泵浦光与反射光振幅的变化由传播、聚焦以及电致伸缩效应3部分组成。
考虑到后向散射光与泵浦光相位共轭,(8)式中假设散射光的w (x )和泵浦光完全一致。
2 数值模拟方法 采用有限差分方法解非线性耦合波方程组,构造的隐式差分格式为1+nh c τ+w k -w k -1w k (A p )j +1k -(A p )j +1k -1=n c h τ(A p )j k +i γk p 2ρ0n 2h (A S )j +1k (A a )j +1k (10)1+nh c τ-w k +1-w k w k +1(A S )j +1k -(A S )j +1k +1=n c h τ(A S )j k +i γk s 2ρ0n 2h (A p )j +1k (A 3a )j +1k (11)1+h αa2+h τv a (A a )j +1k -(A a )j +1k +1=h τv a (A a )j k +i ε0γk a 4v 2a h (A p )j +1k (A 3S )j +1k +h v a f j +1k(12) 我们采用“预测2校正”的方法对差分方程组进行了求解。
首先,注意到泵浦光和声波场沿x 轴正向传播,而Stokes 光沿x 轴负向传播,于是将(A S )j k +1,(A a )j k -1分别作为(A S )j +1k ,(A a )j +1k 的近似值,代入(10)式右端非线性项中,从而把非线性方程线性化,求解得到(A p )j +1k 的近似值(A p )j +1k ;再将(A p )j +1k (A 3a )j k -1作为(A p )j +1k (A 3a )j +1k 的近似值代入式(11)右端非线性项中,求解得到(A S )j +1k 的近似值(A s )j +1k ;最后,将(A p )j +1k (A 3S )j +1k 作为(A p )j +1k (A 3S )j +1k 的近似值代入式(12),得到(A a )j +1k 的近似值(A a )j +1k ;将(A S )j +1k ,(A a )j +1k 和(A p )j +1k 再作为非线性项中(A S )j +1k ,(A a )j +1k 和(A p )j +1k 的近似值代回方程组,求解得到校正值,再将校正值作为近似值代回方程组,这个过程循环往复,直到满足一定的精度。
研究发现,迭代只需进行2～3次即可使各场量的相对改变值控制在10-6以下。
根据以上思路,我们编制了研究后向SBS 诱导破坏问题的程序LON GSID ,利用该程序,研究了聚焦泵浦条件下熔石英玻璃棒中的SBS 过程。
3 Y oshida 实验的数值模拟 由于固体材料容易在发生SBS 之前就遭到破坏,SBS 介质大多使用液体或者气体。
多年来,固体中的SBS 研究相对滞后,直至1999年Y oshida 等人[7]报道了在熔石英玻璃中获得高达92%的能量反射率的SBS 实验工作,作为SBS 介质的熔石英玻璃并未出现损伤,该实验极大推进了固体中SBS 的研究进展。
Y oshida 实验的大致情形如图1所示:一束波长λ为1.06μm ,脉宽τ为18ns ,束腰半径w 0P 为5mm 的单纵模Nd ∶YA G 激光通过焦距f 为500mm 的透镜入射到长度为300mm 的熔石英玻璃棒中,透镜距玻璃棒前表面(激光入射面)的距离L 2为230mm ,通过PIN 光电探测器探测散射光波形,通过能量计记录散射能量。
我们应用LON GSID 程序对该实验进行了数值模拟。
数值模拟的第一步是求出光斑半径在玻璃介质中的分布形式w (x ),我们通过激光光学的AB CD 定律[11]完成了这项工作。
假设激光束(基模高斯光束)在激光器输出窗口处的复参数为q 0,在介质内x 点处的复参数为q (x ),则q (x )=(A q 0+B )/(Cq 0+D )(13)7011第9期 郭少锋等:聚焦泵浦条件下固体介质中受激布里渊散射过程的数值研究式中:A ,B ,C ,D 为总变换矩阵M 的4个元素。
总变换矩阵M =M x M 4M 3M 2M 1由5部分组成,沿光束传播的方向依次为M 1=1L101, M 2=10-1/f 1, M3=1L 201, M4=1001/n , M x =1x/n 01(14)它们分别代表由窗口到透镜处的自由空间传播,透镜作用,由透镜到介质前表面的自由传播,界面折射和在折射率为n 的均匀介质中传播至x 点。
一般认为,激光光斑的束腰位置就位于激光器的输出窗口处,则q 0=iπw 0P 2/λ,而1q (x )=1R (x )-i λπw 2(x )(15)式中:R (x )为等相面的曲率半径;w (x )为x 处的光斑半径。
由式(13)～(15)可以求出光斑半径随传播距离的变化函数w (x )。
取L 1=100mm ,L 2=230mm ,n =11463,得到的光斑半径在介质中的分布特征如图2所示。
得到w (x )后,将其离散化代入式(10)和(11),结合一定的边界条件[10],即可对差分方程组进行完整的求解。
数值模拟中用到的熔石英玻璃各参数如下[8]:ρ0=2.21×103kg/m 3,E Y =8.0×1010Pa ,k s ≈k p =5.92×106/m ,k a =1.18×107/m ,v a =5.92×103m/s ,l a =2.37×10-5m ,γ可以从Lorentz 2Lorenz 关系式[9]得到,即γ=(n 2-1)(n 2+2)/3≈1.427。