光子晶体光纤中受激布里渊散射慢光研究

合集下载

少模光纤中受激布里渊散射慢光的研究

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0.5 W,光纤有效长度为1 km时,得到LP01-LP01、LP11-LP11和LP01-LP11模式的时间延迟量分别为643.7 ns、362.6 ns和213.2 ns,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。

基于受激布里渊散射的集成微波光子滤波器的研究

基于受激布里渊散射的集成微波光子滤波器的研究现代科学技术的高速发展给人们带来了更加美好的生活,尤其是步入信息时代以后,网络通信以及移动通信给人们之间的交流带来了极大的便利。

对于传统的通信系统,通常是基于电子电路的通信系统,我们称之为电学系统,随着现代通信技术的高速进步以及互联网的发展,信息量呈现爆炸性增长,于是对于通信系统也有了更高的要求。

传统的电学系统由于其特有的电学瓶颈,事实上无法满足现代大容量、高速度、高精确度的信息传输要求,于是微波光子学（Microwave photonics:MWP）应运而生,其是用光学方法来处理电学信号的一门综合学科。

受激布里渊散射（SBS）作为一种非线性光学效应,由于其可以在特定的频率处产生增益峰,因此被广泛应用于光学滤波系统中去,随着现代全光通信的兴起,集成微波系统受到越来越多的重视,研制出能够替代光纤的光学波导就成为了一种趋势,而集成微波光子滤波器作为集成光学器件的一种也受到了越来越多的重视。

本文介绍了微波光子学的发展以及SBS的基本理论,并对基于SBS的集成微波光子滤波器进行了详细的分析与设计。

首先从材料非线性、集成度以及制作工艺上对各种常见的集成波导材料进行分析,这些分析都是建立在SBS的基础之上的,主要看各种材料对SBS增益的加成大小,综合分析最终确定了以硫化砷作为波导的芯层材料,然后结合光场限制、声场限制以及声光耦合效率分析提出了半悬空的波导结构,芯层横截面边长为0.9μm,长度为3.9cm,支撑材料为二氧化硅,支撑物与芯层接触宽度为0.2μm,在此情况下SBS增益为54 dB,3dB线宽为8.2MHz。

然后分析了布拉格光栅的慢光延迟作用对光场能量的增强效果,通过严格计算布拉格光栅的周期以及调制深度使被增强的光波频率恰好落在硫化砷的SBS 增益峰处,此时的光栅周期为344.67nm,调制深度为10-4,由此使得SBS进一步增强,同时由于SBS增益与线宽的反比关系使得SBS线宽进一步降低,最终增益达到了58.5dB,3dB线宽为7.8MHz,波导的截面边长为0.9μm,长度为3.9cm,泵浦光功率为248mW,无论从SBS滤波性能、波导集成度还是能量利用率上都有较大的提升。

单模光纤中受激散射效应导致光速变慢研究的开题报告

单模光纤中受激散射效应导致光速变慢研究的开题报告
题目：单模光纤中受激散射效应导致光速变慢研究
研究背景：
在单模光纤中传输光信号时，随着信号的传输距离增加，信号的强度会逐渐减弱，同时还会因为单模光纤中的受激散射效应导致光速变慢。

这些因素都会影响光信号的
传输质量，进而影响网络的稳定性和可靠性。

因此，对单模光纤中受激散射效应导致
光速变慢的研究具有很高的现实意义。

研究内容：
本研究将重点研究单模光纤中受激散射效应导致光速变慢的机理和影响因素，并探讨如何优化单模光纤的设计以减轻受激散射效应的影响。

具体来说，研究内容包括：
1. 单模光纤中受激散射效应的基本原理和数学模型的建立。

2. 对受激散射效应产生的机理进行深入分析。

3. 研究所使用的光纤材料、光纤的长度、波长等因素对受激散射效应的影响。

4. 设计实验并测量受激散射效应对光速的影响。

5. 探究如何利用不同的材料、结构和技术来减轻受激散射效应对光速的影响。

研究意义：
本研究的意义在于对单模光纤中受激散射效应导致光速变慢的机理和影响因素进行深入研究，为优化单模光纤的设计提供理论依据和实验数据，进一步提高网络的稳
定性和可靠性。

预期结果：
通过本研究，我们将得到单模光纤中受激散射效应导致光速变慢的机理和影响因素的深入理解，掌握相关的实验方法和技术，得到与受激散射效应相关的实验数据，
并提出优化单模光纤设计的建议。

这些成果将有望推动单模光纤相关领域的研究进展，为光纤通信技术的发展提供有力支持。

光子晶体光纤布拉格光栅慢光的研究的开题报告

光子晶体光纤布拉格光栅慢光的研究的开题报告一、研究背景及意义随着信息技术的快速发展，高速光通信的需求越来越大。

而光的传输速度较快，但由于折射率的限制，光在光纤中的传播速度仍受到一定的限制。

因此，如何实现光的快速传输成为了当前研究的热点问题。

其中，一种常用的方法是通过慢光技术实现。

光子晶体是一种具有周期性介质结构的材料，光子晶体中的光子与电子晶格中的电子类似，具有能带结构和布里渊区的概念。

光子晶体中的光子由于受到晶格结构的限制，其传播速度受到一定程度的限制，因此可以用于实现慢光技术。

而光子晶体光纤是一种将光子晶体与光纤相结合的新型光纤，其具有慢光传输、高密度集成、低损耗、高稳定性等优点，因此逐渐受到了广泛关注。

布拉格光栅是一种通过调制介质折射率实现反射的结构，可用于制备光纤滤波器、激光器等光学器件。

而在光子晶体光纤中，布拉格光栅也可用于实现慢光传输和光子晶体微悬挂结构的制备。

因此，本研究旨在通过制备光子晶体光纤布拉格光栅的方法实现慢光传输，并对其光学性能进行研究和探索，为光通信领域的发展提供新的实验和理论依据。

二、研究内容与方法1. 制备方法：利用光子晶体光纤的特殊结构及制备方法，通过拉锥法制备光子晶体光纤布拉格光栅。

2. 光学实验：采用激光器和光谱仪等仪器对样品进行光学测量，获得材料的色散曲线、带隙等信息，并研究慢光传输效应。

3. 光学模拟：通过数值计算、理论模拟等方法，对样品的光学性能进行建模和分析，探索其物理本质和机理。

三、预期成果及意义1. 成果：制备了光子晶体光纤布拉格光栅，并研究了其慢光传输和光学性能，获得了材料的色散曲线、带隙等信息。

2. 意义：为光通信领域的发展提供了新的实验和理论依据，为未来研究和应用光子晶体光纤提供了参考和指导。

同时，也将推动光学器件和光电子学领域的进一步发展。

光子晶体慢光特性的研究

光子晶体慢光特性的研究光子晶体是一种由周期性的介质构成的结构，其具有特殊的光学性质。

其中，慢光特性是光子晶体中最为重要和独特的特性之一。

慢光是指在光子晶体中传播的光的速度显著降低，一般比真空中的光速慢几百倍甚至更多。

光子晶体材料的周期性结构导致了光的布拉格散射，从而形成了光的能带结构。

在光子晶体的带隙中，光的传播受到了限制，光的速度变慢。

这是因为光在周期性结构中不断发生散射，从而延长了光的路径，减慢了光的传播速度。

慢光特性在光调控和信息处理领域具有广泛的应用。

首先，慢光可以增强光与物质的相互作用强度。

当光在光子晶体中传播时，其与物质之间的相互作用时间增加，从而可以更有效地激发物质的光学性质。

其次，慢光可以实现光信号的延时。

通过调节光子晶体的结构和参数，可以实现对光信号的延时控制，这在光通信和量子信息处理中具有重要意义。

此外，慢光还可以用于光波导和光隔离器等光学器件的设计与制备。

近年来，研究人员对光子晶体慢光特性进行了广泛的研究。

通过调节光子晶体的结构和参数，可以实现对光子晶体带隙的调控，从而实现对慢光特性的控制。

同时，研究人员还利用纳米材料和合成方法，制备了具有优异慢光特性的光子晶体材料。

这些研究为慢光特性的应用提供了新的途径和可能性。

然而，光子晶体慢光特性的研究仍面临一些挑战。

首先，现有的光子晶体材料制备方法和工艺仍不够成熟和稳定，制备出具有一致性和可控性的光子晶体材料仍具有一定的难度。

其次，光子晶体慢光特性的理论研究还不够完善，需要进一步深入探索光子晶体中光与物质的相互作用机制和调控方法。

此外，光子晶体慢光特性的应用还需要更深入的研究和实践，以实现其在光通信、光调控和光信息处理等领域的实际应用。

综上所述，光子晶体慢光特性的研究具有重要的科学意义和应用价值。

通过对光子晶体的结构和参数的调控，可以实现对光子晶体慢光特性的控制和调控。

随着研究的深入和技术的发展。

受激布里渊散射效应

受激布里渊散射效应
受激布里渊散射是一种光学非线性效应，它可以在光纤中产生声子（声波）和光子（光波）之间的相互作用。

当一束光通过光纤传输时，光子和声子之间会发生能量交换，从而导致光的频率发生偏移。

具体而言，受激布里渊散射的机制是通过声子引起光子的频率变化。

在光纤中存在微弱的声子振动，当光子与这些声子相互作用时，它们可以吸收或发射声子，从而改变光子的频率。

这种频率变化可以通过布里渊频移来描述，它是由声子的频率引起的。

受激布里渊散射效应在光纤通信中具有重要的应用。

一方面，它可以用来制备光纤激光器，通过激光器在光纤中产生受激布里渊散射来实现光纤放大器。

另一方面，受激布里渊散射也是一种光纤传感技术，可以利用光纤中声子的变化来测量温度、压力等物理量。

总之，受激布里渊散射是一种重要的光学效应，具有广泛的应用价值。

它不仅在光纤通信领域有重要作用，还在光纤传感、激光技术等方面具有潜在的应用前景。

受激布里渊散射中Stokes光的反Stokes散射与慢光效应

ＳｏｅｉｈａｌｏｂｃｔｅｅｙＢｒｌｕｎｕｔａｏｎｓｂｓｄｓｔｅｐｍｐｌｈｎＳ．Ｔｈｃｔｅ — ｔｋｓｌｔｃｎａｓｅｓａｔｒｄｂｉｏｉｌｒｓｕｄｅｉｅｈｕｉｔｉＢＳｇｌｇｅｓａｔｒ
事实上在考虑了二次散射效应之后stokes在布里渊声场中经历的是往返式的多次散射因此存在布里渊声场的光纤可视为一种布拉格光纤fiberbragggratingfbg或一维光子晶体而fbg中也存在慢光效应其物理本质是光在往返式的散射过程中光程变大从而导致等价群速度折射率增大产生慢光效应dlia
第１卷９
ａｔ— ｏｓｓａｔｒｎｇａｄｔｃｎｓｏｆｓｏｗ—ｉｈｔｖｉＢＳｗｅｅｒｓａｃｄＩｓｐｏｄｔａｈｅｎｉＳｔｋｅｃｔｅｉｎｈｅｍｅｈａｉｍｌｌｇａＳｒｅｅｒｈｅ．ｔｉｒｖｅｈｔｔ
ｉｇｉｎｉＳｔｋｅ，ａｄｉｅｅｓｌｐｒｃｓｆｔｏｓｓａｔｒｎｇｏｈｅｐｍｐｌｔｎｓａｔ— ｏｓｎｓａｒｖｒａｏｅｓｏｈｅＳｔｋｅｃｔｅｉｆｔｕｉ．Ｔｈｅｅｏｅ，ｔｇｈｒｆｒｈｅｐｕｎｄＳｏｓｌｇｓｎＳＢＳｅｅｉｎｃｃ — ｎ — ｏｔｃｔｅｉｇｓｉｉｌｕｉｏｄｆｅｄｓＯｎｍｐａｔｋｅｉｈｔｉｘｐｒｅｅａｂａｋａｄｆｒｈｓａｔｒｎｎＢｒｌｏｎｓｕｎｉｌ．ｔｉｅｉｅ，ａｍｏｌｗａｒｓｎｔｄｔｅｉｔｔｌｈｓｐｒｍｓｄｅｓｐｅｅｅｏｄｐｃｈｅｓｏｗ－ｉｈｔｅｆｃ，ｉｉｈｈｅｏｉａｓａｃｌｇｆｅｔｎｗｈｃｔｐｔｃｌｄｉｔｎｅｏｆＳｔｋｅｖｅｗａｎｈｎｃｄｄｏｔｃ — ｎｄ—ｏｔｃｔｅｉｎｈｅｐｕｌｅｗａｌｗｅｏｓａｏｓｗａｓｅａｅｕｅｔｈｅｂａｋ— — ｒｈｓａｔｒｎｇｓａｄｔａｆｓｓｓｏｄｄｗｎａｒｓｔＥｘｒｍｅｔｈｏｔｅｄｅｃｄｄｌｙｎｇｔｍｅｆｈｏｓｐｕｓｖｎｂｙｔｏｅｇｅｓｅｕｌ．ｐｅｉｎｓｓｗｈｄｕｅｅａｉｉｏｒｔｅＳｔｋｅｌｅｇｉｅｈｅｍｄｌａｒｅ

高非线性光子晶体光纤中的慢光延迟增强效应

高非线性光子晶体光纤中的慢光延迟增强效应杨四刚1,李进延2,陈伟2，3,陈宏伟1,谢世钟1（1.清华大学电子工程系，北京 100084）(2. 烽火通信, 湖北武汉 430074)（3．华中科技大学光电子科学与工程学院, 湖北武汉430074）摘要：本文应用国产的小芯径高非线性光子晶体光纤基于受激布里渊散射实现了大延迟的慢光。

通过采用一段普通高非线性光纤作为模式转换器，光子晶体光纤和普通单模光纤得以成功焊接。

由于光子晶体光纤两端尾纤焊接端面的部分反射，在光子晶体光纤中形成一个F-P腔。

实验研究了该光子晶体光纤的布里渊散射增益特性。

采用50米高非线性光子晶体光纤实现了最大半个脉冲的慢光延迟。

实验还发现F-P腔能改变该段光纤的慢光延迟特性，使得慢光延迟的时间随增益的增加呈指数增加。

F-P 腔的存在使慢光延迟得到了大大增强。

关键词：光子晶体光纤，布里渊，慢光，延迟中图分类号：TN913.24 文献标识码：ASlow light delay enhancement in high nonlinearphotonic crystal fiberYANG Sigang1, LI Jinyan2, CHEN Wei2,3, CHEN Hongwei1 and XIE Shizhong1(1. Department of Electronic Engineering,Tsinghua University, Beijing 100084,China)(2. FiberHome Telecommunication Technologies CO.LTD, Wuhan 430074, China)(3. School of Optoelectronics Science & Technology, Huazhong University of Science & Technology, Wuhan 430074, China)Abstract: This paper reports that we realize large delay slow light using our fabricated small core high nonlinear photonic crystal fiber (PCF) based on the stimulated Brillouin scattering. The PCF can be spliced with single mode fiber pigtails via high nonlinear fiber as the mode converters. A Fabry-Perot cavity occurs due to the partial reflective splices in the end of PCF. The Brillouin gain characteristics of the PCF is experimentally investigated. Up to 1/2 pulse width slow-light delay is achieved in only 50-m PCF. The presence of the cavity modifies the slow-light delay characteristics and the delay time grows exponentially with the Brillouin gain. The F-P cavity can enhance the slow-light delay significantly.Key words: photonic crystal fiber, Brillouin, slow light,delay收稿日期: 2007-09-02基金项目：国家973科研项目（2003CB314907）1 引言随着光纤通信技术的飞速发展，全光网以其可以在光域内完成光信号的传输和交换受到人们的日益关注，是光网络的一个重要发展方向。

光纤传感中的受激布里渊散射效应

Ｃｈａｎｇｓｈａ４１ｏｏ７３，Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｎｏｎｌｉｎｅａｒｅｆｅｃｔｉｎｆｉｂｅｒｓ，ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄＢｒｉｌｌｏｕｉｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（ＳＢＳ）
ｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｆｉｂｅｒｓｅｎｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ．ＳＢＳｉｎｃｒｅａｓｅｓｐｈａｓｅｎｏｉｓｅａｎｄｄｅｔｅｒｉ— ｏｒａｔｅｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｉｎａｌｏｎｇ－ｈａｕｌｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃｓｅｎｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｉｔｉｓｃｒｉｔｉｃａｌｔｏｓｔｕｄｙＳＢＳｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ＳＢＳｃａｎｂｅｕｓｅｄｉｎｄｉｓ— ｔｒｉｂｕｔｅｄｓｅｎｓｉｎｇｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｔｒａｉｎ．ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｂａｓｅｄｏｎＳＢＳｈａｖｅａｔｔｒａｃｔｅｄｍｕｃｈｒｅｓｅａｒｃｈａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｌａｓｅｒｓｗｉｔｈｕｌｔｒａ－ｎａｒｒｏｗｌｉｎｅｗｉｄｔｈｂａｓｅｄｏｎＳＢＳｈａｖｅｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔｓｅｎｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｕｎｉｑｕｅｃｈａｒ— ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｅｘｐｌａｉｎｓｔｈｅｅｆｅｃｔｓｏｆＳＢＳｏｎｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃｓｅｎｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｓｓｏｍｅＳＢＳｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．ＭａｊｏｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｒｉｔｅｒｉａｏｆａＢｒｉｌｌｏｕｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎａｎａｌｙｚｅｒａｎｄｓｅｖｅｒａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ

光子晶体波导中慢光的研究的开题报告

光子晶体波导中慢光的研究的开题报告
一、选题背景
光子晶体波导（photonic crystal waveguide）是一种能够实现光电子集成器件和光通信器件中频率和相干控制的重要基础元件。

在光通信、光传感、量子信息处理等
领域中具有广泛的应用前景。

其中，在光通信中，光子晶体波导作为一种高效的低能
耗光调制器件已被广泛使用。

尤其是在慢光方面的应用，如利用光子晶体波导中的慢
光实现光时域存储，超快光调制和精密光粒子探测等，在量子信息处理和传输中有着
重要的应用价值。

二、研究内容
本文将针对光子晶体波导中慢光这一研究热点，从理论和实验两个方面进行研究。

具体包括以下内容：
1. 基于光子晶体波导的慢光理论研究
通过数值计算和理论分析，研究光子晶体波导中的慢光传输特性，探讨慢光的产生机理和调控方法，分析其在超快光学和光量子学中的应用价值。

2. 光子晶体波导中慢光的实验研究
通过激光刻蚀、光子晶体纳米结构制备、光子晶体波导器件的制备和测量等方法，实验研究光子晶体波导中慢光传输特性，验证理论模型并探究其在实际应用中的表现。

三、研究意义
本论文的研究意义主要表现在以下几个方面：
1. 对光子晶体波导中慢光传输特性进行深入研究，有助于推动其在量子信息处理和光通信等领域的应用发展。

2. 探讨光子晶体波导中慢光的产生机制和调控方法，为相关领域的研究提供新的思路与方法。

3. 实验验证理论模型，为实际应用提供基础支持。

光纤中受激布里渊散射的性能分析

下关系式 : 几二 N 呜一
凡二 , - rc, x
的光信噪比 ( OSNR ) 和光纤的非线性效应。了一个斯托克斯光子和声学声子。由于散射
在典型的光纤参数下，其峰值增益8e0' 5xio-"m/w，全半宽度。 - 50 M v, Hzo
2
光纤中 5 日闻值的理论估算 5
SBS 作为一种非线性效应，它在光纤中
I , 别处Yrn=KPf"I吩a小SR a. , A 分 R RR
统对OSN日的要求。实际系统中信号光为准连续光，它具有
一定的带宽，而且采用的光纤一般为非保偏
0 50 10 0 150 200 2 50 300
一 0 5 3
40 0
45 0
5 50
光因在算纤，而估 SBS闭时，式的时值公中应取为 se=嵘 [(1+A v刊，里K为振 /K v,lA 这偏因 1! 子( 5K<2 )。考偏影时pcn约当虑振响
于光通信中继站的建设和运行成本较高且有一定的风险，因此建设与电力特高压输电相配套的长跨距无中继光纤通信线路具有非常重要的现实意义。无中继光纤通信系统的性能受制于系统对长跨距的无中继系统，由于传输距离的增加，为满足系统要求的OSNR, 必然要求增加系统的入纤功率。由于光纤较小的芯径，较大的入纤功率必然导致较强的非线性效应的产生，而受激布里渊散射SBS效应具有最低的产生闭值。为了抑制SBS 效应的影响，系
有3 dB 的提升 ( 取K=2 )。采用大信号带宽的光源或采用内调制方式可以达到提升光纤 5日阑值的目的， S 但信号传输过程中光纤固有的色散效应必然会引起系统传输性能的恶

双包层光子晶体光纤受激布里渊散射慢光的研究及应用

双包层光子晶体光纤受激布里渊散射慢光的研究及应用近年来,光纤通信技术高速发展,人们对超高速大容量的光纤通信需求不断提升,在这种时代背景下,全光通信网络技术是下一代通信技术的必然选择。

光缓存和光路由是实现全光通信网络过程中的关键技术,目前为止还没有成熟的技术和应用。

可控快慢光技术是实现光缓存的潜在技术之一,而在光纤中基于受激布里渊散射的快慢光具有工作波长灵活可调、室温下易操作等优点,因此受到广泛关注。

本文利用有限元法模拟计算了双包层As2Se3硫化物光子晶体光纤结构对慢光特性的影响,分析了液体填充双包层光子晶体光纤慢光的温度响应。

主要研究内容及取得成果如下:考虑了声场的高阶模式,研究了双包层As2Se3硫化物光子晶体光纤内、外包层结构对受激布里渊散射慢光特性的影响。

结果表明内包层占空比比外包层占空比对慢光的影响更大,且布里渊增益谱呈双峰结构,随内包层占空比的增加,布里渊增益谱的主峰逐渐降低,第二峰逐渐上升,时间延迟量和布里渊增益增加。

当内包层占空比为0.9时,光纤长度为1m,泵浦功率为10mW,就可以实现高达705ns的慢光时间延迟量,40dB的增益。

但这些特性受外包层占空比变化的影响较小,这是由于只有当内包层空气孔直径足够小时外包层空气孔才会对声场模式产生限制作用。

因此双包层As2Se3硫化物光子晶体光纤的慢光特性受内包层占空比影响较大,而与内包层相比,这些特性受外包层占空比的影响很小。

在光子晶体光纤中靠近纤芯位置引入小空气孔包层并进行液体填充以改善慢光的温度灵敏度。

分析了填充乙醇和水两种液体在温度20℃到80℃范围变化下的声光耦合效率、有效折射率、有效模场面积、布里渊频移、布里渊阈值、增益、慢光时延量及脉冲展宽因子随温度的变化。

用受激布里渊散射在光纤中实现光存储的研究的开题报告

用受激布里渊散射在光纤中实现光存储的研究的开题报告一、选题背景和研究意义随着通信技术的不断发展，光通信已成为信息传输的主要手段之一。

而随着信息量的不断增大和传输速度的不断提高，数据存储和备份也成为了极其重要的任务。

传统的存储介质如硬盘和磁带由于物理限制已不能很好地满足需求。

因此，寻求一种高效快速的新型光存储技术被广泛关注。

受激布里渊散射（SBS）是一种在光纤中非常重要的光学现象，其本质是由于光与光子流在光纤中相互作用而发生的。

SBS已被广泛用于光纤通信中的光泵协议、光纤环形拉曼振荡器等设备中。

本研究借鉴SBS的原理，研究在光纤中实现光存储的可行性和实用性，有重要意义。

二、研究内容和方法1.研究内容本研究将探讨利用SBS实现光存储的基础理论和技术方案。

主要研究以下几方面内容：（1）利用SBS在光纤中实现高速的光存储过程；（2）设计并实验验证一种高效可靠的光存储解决方案；（3）研究SBS在光存储中的应用场景以及优缺点。

2.研究方法（1）理论分析：理论分析SBS在光存储中的基本原理，拟定实验方案；（2）光纤光学实验：建立光学实验系统，验证光存储的实现方案。

（3）数据分析：对实验得到的数据进行分析，评估所设计的光存储方案的性能和可行性。

三、论文结构和预期成果本论文将分为以下几个部分：引言、SBS在光存储中的应用、光存储方案设计与实现、光存储实验结果分析、结论和展望。

预期成果包括：1.设计并验证了一种基于SBS的光存储系统的可行性和高效性；2.分析研究SBS在光存储中的应用场景以及优缺点；3.对所设计的光存储方案进行实验验证，并展示了实验数据的分析结果；4.为基于SBS的光存储技术的应用提供一定理论和实践基础。

四、研究安排和预期时间表计划从2021年9月开始进行研究，预计用时十二个月，具体安排如下：1.9月：研究背景及前期调研；2.10-11月：理论分析和光学实验的设计；3.12-2月：数据采集和分析；4.3-4月：论文撰写和修改；5.5月：论文提交和答辩准备。

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。

多模光纤中基于受激布里渊散射的光束净化效应研究

多模光纤中基于受激布里渊散射的光束净化效应研究受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)在光纤领域的研究中一直处于十分重要的地位。

一方面,人们渴望抑制光纤中的SBS效应所带来的各种不良影响;另一方面,科学家们又利用SBS特性进行了有关光纤传感、慢光和相位共轭等有利因素的研究并广泛应用于通信、建筑等诸多领域。

此外,多模光纤的SBS研究中还发现过一种称之为SBS光束净化的特殊效应,它能将光束质量恶劣的多模光束转化成为良好光束质量的基模光束。

SBS光束净化效应的发现为多模光纤中光束质量的改善提供了一条有利途径,但这种效应却违背了人们对于SBS具有相位共轭特性的传统认识。

自1993年SBS光束净化效应被发现以来,国际上不少课题组都开展过相关研究,但至今仍没有一套比较完整、合理的理论来解释SBS光束净化,甚至关于SBS 光束净化的发生条件及产生原因都还各执一词。

本论文便针对多模光纤中的SBS 光束净化进行了系统的理论和实验研究,建立了一套较为完整的SBS光束净化理论模型,合理解释了SBS光束净化的产生机制并明确提出了SBS光束净化的发生条件,还实验改善了之前泵浦转化效率低下、输出光束不稳定等制约其应用的关键性问题。

首先,我们建立了适宜于分析多模光纤中模间SBS过程的三维SBS耦合波方程。

该方程解决了传统平面波近似的SBS耦合模型下因忽略模式横向分布而无法分析不同模式间SBS差异的问题,同时使用弹性动力学理论建立声子场方程,更正了传统耦合波方程中的流体参数。

根据三维SBS耦合波方程的形式解,我们指出了多模光纤与体介质中SBS过程的区别并提出了使用―布里渊模间增益系数‖来分析不同模式间布里渊增益差别的方法。

其次,我们通过对三维SBS耦合波方程进行仿真分析给出了轴对称型多模光纤中各模式间布里渊增益的分布曲线,理论预测了各种光纤参数对模间布里渊增益的影响。

根据理论结果,我们明确提出了多模光纤中发生SBS相位共轭和光束净化的物理机制和产生条件,揭示了SBS光束净化的本质并加以实验佐证。

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。

光子晶体光纤中基于SBS实现慢光的数值模拟

（．Ｓｈｏｌｆｉｎｃ，ＬａｚｕＵｎｖｏＴｅｋ，Ｌｎｂｕ７０５１ｃｏｏＳｃｅｅｎｂｏｉ．ｆｃａｚ３００，Ｃｈｉａ；２ｏｎ．ＫｅａｏｒｔｒｆＩｆｒａｉｎＰｈｔｎｃｎｙＬｂａｏｙｏｎｏｍｔｏｏｏｉｓａｄＯｐｔａＣｏｍｕｉｉｌｍｃｎ—
ｔｏｓｗｅｅｓｌｅｙｕｉｇｆｕｔ－ｒｅｎｅＫｕｔｅｈｄａｄｃａａｔｒｓｉｓｍｅｈｄｉｎｒｏｖｄｂｓｎｏｒｈｏｄｒＲｕｇ－ｔａｍｔｏｎｈｒｃｅｉｔｃｔｏ．ＴｈｎｌｅｃｆｅｉｆｕｎｅｏｆｂｒｃｒｉｍｅｅｎＳｌｗｇｔｗａｉｃｓｅｏｄｔｏｆｃｎｔｎｔｋｓｐｗｅｎｔｋｓｗａｅｉｅ —ｏｅｄａｔｒｏＢＳｓｏｌｈｓｄｓｕｓｄｉｃｎｉｎｏｏｓａｔｏｅｏｒａｄＳｏｅｖｉｎｉＳｐｌｅｉｔｎｉ．ＩｓｆｕｄｔａｈｍａｌｒｔｅｆｅｏｅｗａｈｅｔｒｔｅＰｕｓｎｅｓｔｙｔｗａｏｎｈｔｔｅｓｌｅｈｉｒｃｒｓｔｅｂｔｅｈＣＦｉｅｄｌｙｗｏｌｅｂｔｍｅａｕｄｂ，
光子晶体光纤中基于ＳＳ实现慢光的数值模拟Ｂ
侯尚林，孔谦，黎锁平刘延君，，韩佳巍，徐永钊。
（．兰州理工大学理学院，１甘肃兰州７０５；．京邮电大学信息光子学与光通信教育部重点实验室，３００２北北京１０７；．东莞理工学院０８６３

基于光子晶体波导的慢光特性研究

基于光子晶体波导的慢光特性研究基于光子晶体波导的慢光特性研究慢光是指在特定材料或结构中，光的传播速度远慢于真空中的光速。

这种特殊的光传播现象在光子晶体波导中能够得到实现。

光子晶体波导是一种由排列有序的介质单元构成的光学器件，可以在光子禁带中实现自由传播的光。

通过对光子晶体波导中光的慢化特性的研究，可以为光子学领域中的信息传输和处理提供新的途径和方法。

光子晶体波导中的慢光现象是由于波导中的周期性结构导致的。

在光子晶体波导中，介质的周期性排列形成了周期性的折射率分布，从而对光的传播产生影响。

当光线从高折射率区域传播到低折射率区域时，由于光的传播速度与介质的折射率相关，光的传播速度会明显减慢。

这种减慢的效应表现为光的群速度降低，即慢光效应的实现。

慢光在光子学中具有重要的应用价值。

首先，慢光可以用于实现光信号的延时。

在通信和计算领域，需要利用光信号进行信息的传输和处理。

光信号的延时可以帮助我们更好地控制和调整信号的传输时间，从而实现更加灵活和高效的光通信和光计算系统。

其次，慢光还可以用于实现光学非线性效应。

在传统的光学器件中，非线性效应往往需要较长的光传播距离才能充分实现。

而通过光子晶体波导中的慢光效应，可以在较短的距离上就能够实现强的非线性效应，使得光学器件更加紧凑和高效。

对于光子晶体波导中的慢光特性的研究，需要从两个方面进行探究。

首先是对光子晶体的设计和制备。

通过合理的设计光子晶体结构，可以实现特定波长范围内的慢光效应。

常见的光子晶体结构包括方格状、六角形等周期性排列的介质单元。

制备光子晶体材料需要采用先进的纳米加工技术，如电子束曝光、等离子体刻蚀等，以实现高质量、高度有序的光子晶体结构。

其次是对光子晶体波导中慢光特性的理论研究。

通过建立适当的理论模型，可以对光子晶体波导中的光传播行为进行描述和分析。

常用方法有均匀有效介质理论和群速度分析等。

基于这些理论工具，可以对光子晶体波导中的慢光特性进行预测和优化。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

第30卷　第8期光　学　学　报Vol.30,No.82010年8月ACTA OP TICA SINICAAugust ,2010 文章编号:025322239(2010)0822437204光子晶体光纤中受激布里渊散射慢光研究赵军发1　杨秀峰23　李　元1　童峥嵘2　刘艳格1　赵启大1(1南开大学现代光学研究所,天津300071;2天津理工大学计算机与通信工程学院,天津300384)摘要　基于受激布里渊散射的慢光在全光通信中具有重要的应用前景。

传统的光纤作为慢光介质,具有较低的延迟效率,对光纤长度和抽运功率要求较高,而高非线性光子晶体光纤作为慢光介质应用于慢光系统,可以提高系统的延迟效率。

实验选用一段70m 长的高非线性光子晶体光纤作为慢光介质,在抽运功率101mW 情况下,50ns 脉冲信号获得了33dB 的布里渊增益,脉冲延迟了30ns ,延迟效率达到了0.0046ns/(mW ・m ),是普通单模光纤的13.7倍。

该光纤应用于受激布里渊散射慢光系统可以有效缩短光纤长度和降低对抽运功率的要求,具有潜在的应用前景。

关键词　光通信;受激布里渊散射;慢光;高非线性光子晶体光纤;延迟效率中图分类号　O437.2 文献标识码　A doi :10.3788/AOS 20103008.2437S t i m ul a t ed B rill o ui n S ca t t e ri n g Sl ow L i g ht i n P h ot onic Cr ys t al Fi be rZhao J unfa 1　Y ang Xiuf eng 2　Li Yuan 1　Tong Zhengrong 2　Liu Y ange 1　Zhao Qida11Instit ute of Moder n Op tics ,Na n kai U niversit y ,Ti a nji n 300071,Chi n a2School of Comp uter a n d Com m u nication Engi neeri ng ,Ti a nji n U niversit y of Tech nology ,Ti a nji n 300384,Chi n a Abs t r act There are important applications for stimulated Brillouin scattering slow light in all optical communications network.The conventional optical fibers used as slow light medium have low delay efficiency ,so the demands of fiber length and pump power are higher.The delay efficiency can be imp roved by using highly nonlinear photonic crystal fibers.The Brillouin gain of 33dB is achieved in a 70m highly nonlinear p hotonic crystal fiber under the p ump power 101mW ,which results in 30ns time delay of 50ns signal pulses.The delay efficiency of this kindfiber is 0.0046ns/(mW ・m ),which is about 13.7times larger than the single mode fiber.The demands of fiber length and pump power are effectively reduced when this kind of fiber is used ,and the fiber has a large potential use in stimulated Brillouin scattering slow light system.Key w or ds optical communications ;stimulated Brillouin scattering ;slow light ;highly nonlinear p hotonic crystal fiber ;delay efficiency 收稿日期:2009209229;收到修改稿日期:2009211226基金项目:国家自然科学基金(10774077),国家973计划(2010CB327605),天津市自然科学基金(08J C Y BJ C14400),天津市科技发展计划科技攻关项目(05YF GP GX04900)和天津市科技支撑重点项目(07ZC KF GX00200)资助课题。

作者简介:赵军发(1979—),男,博士研究生,主要从事光纤中可控慢光方面的研究。

E 2mail :johnfar @ 导师简介:赵启大(1942—),男,教授,博士生导师,主要从事现代光通信与光纤传感等方面的研究。

E 2mail :zhaoqida @　3通信联系人。

E 2mail :yangxf bee @1　引言慢光研究是当前光学领域的热点。

光纤中利用光学非线性效应实现慢光的方法包括:受激拉曼散射(SRS )[1],受激布里渊散射(SBS )[2,3],光参量放大(OPA )[4]等。

光纤中利用SRS 和OPA 实现慢光的方法可以获得相对较宽的增益带宽,因此可以实现宽带信号传输延迟;但是相对于SBS 来说增益系数小几个数量级,因此对抽运功率的要求达到了瓦数量级,并且延迟量小,限制了系统的实际应用价值。

光纤中基于SBS 的可控慢光技术易于同现有光通信网络集成,波长可调,可以工作在通信波段,并且其成本低,具有很大的应用前景,是慢光研究中的热点。

光纤中SBS 的增益谱本征带宽有限(30～45M Hz ),窄的带宽限制了系统的传输速率,只能支光学学报30卷撑每秒几十兆比特的传输速率。

为了使系统能够传输高速率的数据,与现有光通信系统兼容,通过对抽运光进行相应的调制,进而展宽系统的增益谱带宽,能够满足宽带传输要求[5,6]。

基于SBS 慢光研究中,慢光介质的选择也是很重要的一个研究方向。

在最初的实验研究中,使用标准单模光纤或是高非线性光纤作为慢光介质,这些光纤具有小的布里渊增益系数。

为了得到大的延迟,毫瓦量级的抽运功率需要几千米到几十千米长度的光纤;当光纤长度缩减到几百米甚至到更短时,系统对抽运功率的要求将提高到几百毫瓦甚至瓦的数量级。

而布里渊增益谱展宽后的系统,在同样延迟的情况下,对抽运功率的要求比未展宽的系统高很多。

在慢光系统中,作为慢光介质的光纤长度过长会对脉冲信号的失真以及延迟的稳定性造成影响,抽运功率过大会引起其它的非线性效应。

具有大的延迟效率,也就是单位长度、单位抽运功率下具有大的延迟量的光纤作为慢光介质,可以有效减少光纤的长度或降低抽运功率的要求。

光子晶体光纤(PCF )在通信、光谱学、生物以及传感等领域的应用早已进行了广泛的研究[7,8]。

高非线性光子晶体光纤的纤芯和包层折射率差大和模场面积小,加强了声光的相互作用[9],作为慢光介质应用于慢光系统可以提高系统的延迟效率,具有潜在的应用价值。

本文采用一段70m 长的高非线性光子晶体光纤作为慢光介质,在抽运功率101mW 的情况下,-31dBm 的信号光获得了33dB 的非饱和增益,脉冲相应延迟了30ns 。

延迟效率Δt d /(P pump L eff )达到了0.0046ns/(mW ・m )。

2　受激布里渊散射延迟效率基于受激布里渊散射慢光系统中,信号光的延迟正比于群折射率的变化Δt d =Δn g L eff c=G2πΔv B ,(1)式中Δt d 为信号的延迟时间,Δn g 为群折射率的变化量,c 为光速,Δv B 是布里渊增益谱带宽。

G =g B I p L eff 是信号光的增益,正比于作为慢光介质的光纤的布里渊增益系数g B ,抽运光的强度I p 以及光纤的有效传输长度L eff 。

光脉冲的延迟量大小与增益成正比。

Δt d /(P pump L eff )是慢光系统中一个重要的参数,它表示每单位长度和单位功率下的延迟时间,用来表征作为慢光介质的各种光纤的延迟效率[10]。

Δt d /(P pump L eff )=g B KA eff (2πΔv B ),(2)式中A eff 为光纤的有效模场面积;K 为常数,与偏振相关。

具有大布里渊增益系数的光纤具有大的延迟效率,作为慢光介质,可以缩短光纤的长度,降低系统对抽运功率的要求。

研究结果表明高折射率的铋氧化物[11]、硫族化合物[12]、亚碲酸盐[13]等高非线性光纤具有大的布里渊增益系数,用于慢光系统可以提高系统的延迟效率,有效缩短光纤的长度和减少系统对抽运功率的需求。

但是这些非硅材质的光纤同现有的光通信网络存在兼容问题,并且应用范围有限。

对于纯硅材质的光纤,相对于具有高折射率的非硅光纤来说,g B 要小一或两个数量级[14],为了得到大的延迟效率,可以采用具有小模场面积(A eff )的光子晶体光纤作为慢光介质。

3　实验与讨论在基于受激布里渊散射慢光实验中,选取一段70m 长的高非线性纯硅光子晶体光纤(HNL 2PCF ,Crystal Fiber 2NL ・1550・POS ・1)作为慢光介质。

该HNL 2PCF 的横截面如图1(a )所示,纤芯直径为2.1μm,包层直径为128μm 。

1550nm 波长处,模场直径为2.8μm ,非线性系数约为11(W ・km )-1。

该图1(a )光纤横截面图,(b )1550nm 的受激布里渊增益谱Fig.1(a )Cross section of PCF ,(b )Brillouin gain spectrum at 1550nm83428期赵军发等:　光子晶体光纤中受激布里渊散射慢光研究HNL 2PCF 通过一段中间光纤同标准单模光纤连接,总的熔接损耗小于0.5dB 。

在1510～1620nm 波长范围内,光纤的传输损耗小于9dB/km 。

实验测得该70m 长的HNL 2PCF 的布里渊阈值为101mW 。

使用小信号放大的方法[10]测得该HNL 2PCF 的布里渊增益谱如图1(b )所示,1550nm 处,布里渊频移为9.749GHz ,布里渊增益谱带宽为41M Hz 。