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光纤慢光的研究是自2004年以来慢光研究的热点,尤其是它在全光通信器件如光信息同步器、光缓存器、光转换器、时间复合器等的应用前景引起了众多光学领域研究者的重视。本文就光纤中基于受激布里渊散射(SBS)的慢光现象从理论和实验两个方面来做了研究分析。
文章首先讨论了慢光的背景以及产生机理,调研了近几年来慢光研究的历程以及光纤中慢光的研究进展,用基于受激布里渊散射(SBS)的非线性效应实现慢光是众多实现慢光方法中最具有众多优点和实用性的方法。
理论上,我们从K-K关系得出布里渊放大会导致介质相折射率的剧烈增大发生正常色散而导致群速度减小。论文系统地介绍了布里渊散射的物理过程,包括自发布里渊散射和受激布里渊散射SBS。重点研究了受激布里渊散射的重要特性参数-布里渊阈值、布里渊增益谱、布里渊频移,并采用了光外差探测法来测量这些参数。
其次,从泵浦波、斯托克斯波、声波三波耦合方程出发,在考虑光纤损耗的情况下得到斯托克斯波的复波数、相折射率和增益及群折射率的表达式,并通过Matlab数值仿真相折射率、增益及群折射率三者随着信号光与斯托克斯增益区中心频率的失谐量的变化的曲线,得出在增益区中心频率附近相折射率变化最为剧烈、增益最大、群折射率量值最大。群折射率的增大将直接导致群速度减慢,从根本上分析了基于SBS效应产生慢光的物理机理。
最后,研究了布里渊增益谱展宽的理论支撑,研究由本征窄带布里渊增益谱展宽到宽带布里渊增益谱的原理和相位调制泵浦得到多谱线的原理。泵浦各个光谱线都产生自己的布里渊共振增益区,这些增益区叠加后可以形成一个宽的增益谱。并通过MATLAB仿真总增益和总相折射率在不同的谱线间隔下随着相对于增益线性中心的频率失谐量的变化曲线。
基于以上的理论分析,分别搭建了窄带SBS和宽带SBS系统。在窄带SBS中,由于增益谱很窄,采用了手动频率匹配法来定位输入信号斯托克斯波的频率来严格满足泵浦光和斯托克斯信号光之间的频率匹配关系,实验中对于输入脉宽为200ns的脉冲得到了8ns的慢光延迟。在宽带SBS实验中,首先我们用相位调制器对可调谐激光器的输出光进行相位调制,得到等幅多线谱光谱。增益谱展宽到450MHz,且当增益为15时,输入脉宽为500ns的脉冲被延迟了32ns。
文章最后对慢光研究的方向提出来几点展望,为慢光课题的进一步研究打下了基础。