光纤中基于受激布里渊散射的快慢光及超光速传输的研究

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近年来,实现对光速有效调控在全光延迟线、高灵敏干涉仪、光-物质相互作用以及微波光子学等领域具有重要的应用价值。光纤中基于受激布里渊散射效应的快慢光技术在实现全光可控延迟方面表现出了极大的灵活性,相较传统的快慢光技术具有室温操控、功率阈值低以及工作任意波长等优势,与现代光纤通信系统的天然兼容性使其成为了研究的热点。  本论文主要围绕光纤中受激布里渊散射效应实现光速调控进行了深入的论述和探究,实现了一些创新性的研究成果。  首先,本文详细阐述 SBS快慢光的物理机理与进展,提出了一种光纤环增强的布里渊自加快快光传输方案,信号光提前量通过简单改变功率实现光学调控,加快效率达到1.67 ns/dBm。该方案具有结构简单,无需额外泵浦、较高的加快效率等优点。  我们首次提出并实现了光纤中基于布里渊激光振荡的超光速传输方案。利用一个低转换效率布里渊激光振荡腔,产生高功率、窄线宽的Stokes激光振荡,在光信号频率中心产生一个强烈吸收共振引起的反常色散区。实验观测到221.2 ns的传输时间提前量,实现了211.3 ns/dB的加快效率。该方案实现了光纤中长距离的超光速传输,具有加快效率高、低损耗等诸多优点。通过使用高非线性光纤以及调整激光共振结构参数等方法,实现了进一步的优化方案。  长腔布里渊激光器的多纵模运转是基于布里渊激光振荡的超光速传输的重要限制因素。我们提出在腔内嵌入含未泵浦掺饵光纤的光纤环饱和吸收结构,有效抑制了长腔布里渊激光振荡的多纵模运转,克服了布里渊激光振荡结构长距离传输限制,实验上成功地将光纤中超光速传输拓展至百米量级。此外,我们还观测到含饱和吸收体结构的布里渊激光腔中光学双稳态效应,观测到最大为418 mW的光学双稳态区间。同时,基于提出的超光速传输平台,通过级联布里渊激光振荡结构,实现超光速信号的中继传输。  快慢光传输的带宽拓展和畸变优化一直是研究的重点,我们提出了基于泵浦调制的带宽优化方案,重点阐述了布里渊线性慢光系统中脉冲畸变情况,通过数值模拟给出了布里渊线性慢光系统脉冲畸变的最优化方案。实验上采用布里渊增益谱“裁剪”技术,成功验证了最优化的增益谱型为谱型指数g2为0.25至0.5之间。  此外,我们提出了一种全新的紧凑型可调光延迟线,基于布里渊激光振荡超光速传输实现输出信号时域可控调谐,工作波长覆盖了1635-1565 nm C波段宽带范围,具有紧凑、简单、低成本以及稳定性好等优点,在信号同步与超灵敏传感方面具有潜在的应用价值。
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