光纤参数对受激布里渊散射快光的影响及传感应用

摘要

利用全矢量有限元法，研究了光子晶体光纤(PCF)中受激布里渊散射(SBS）光场和声场的特性，由光波和声波的相互耦合得出了在不同结构条件下 PCF 中快光的传播特性，讨论了 SBS 快光在温度传感领域的应用。主要的研究内容和成果如下： 1.系统概述了SBS快慢光的研究进展，阐述了布里渊增益谱与吸收谱的关系。理论研究和数值模拟了光纤中的 SBS 过程，分析了 SBS 声光耦合方程和Kramers-Kronig 关系，在稳态小信号解下阐释了光纤中基于 SBS 快光和慢光的机理，建立了基于受激布里渊散射快光的物理模型，由受激布里渊散射过程中的声光耦合效应，得出了光纤各个参数与快光时间提前量和脉冲展宽因子的关系。 2.理论研究了不同PCF中快光的特性。模拟了不同结构，掺杂条件下的PCF中的布里渊频移、布里渊阈值、快光时间提前量、脉冲展宽因子及信号光脉冲波形的变化。计算结果表明，不同占空比、不同掺杂浓度均能够对布里渊阈值和快光时间提前量造成影响。占空比越小，掺杂浓度越大，布里渊阈值越大。在保持输入泵浦功率为定值的情况下，占空比越大，掺杂浓度越小，相应的时间提前量越大, 同时信号脉冲形变越严重。占空比为 0.8，掺杂浓度为 18%时，能够实现泵浦阈值功率范围从0.045mW到468mW可调，相应的布里渊频移为9.72GHz，快光时间提前量为29.7ns。通过模拟不同的PCF结构下SBS快光传输特性，从而优化 PCF结构参数，获得具有更大快光时间提前量的 PCF。结论对与光缓存器件的设计提供参考。 3.通过在PCF包层空气孔中填充液体，计算了在20℃至70℃时布里渊频移、布里渊阈值、时间提前量、脉冲展宽因子、信号光波形以及布里渊吸收谱关于温度的变化关系，得到快光时间提前量温度灵敏度随泵浦功率的变化曲线，并设计出一种基于SBS液体填充的PCF温度传感器。结果表明填充液体之后，快光对于温度的变化更为敏感；占空比越小的 PCF 其快光时间提前量对温度的变化越敏感。在温度为70℃，入射泵浦功率为20mW，光纤有效长度为10m时，占空比为0.8的PCF其泵浦功率从0.055mW至575mW可调，可以实现的快光时间提前量为36.5ns，而在20℃时相应的时间提前量为32.5ns。通过改变温度来得到相应的快光时间提前量，结论对于设计基于 SBS 快光温度传感器具有重要的理论价值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2快慢光技术及其研究进展

1.3 光子晶体光纤

1.4论文主要内容和章节安排

第二章 光纤中基于受激布里渊散射快光的理论研究

2.1引言

2.2 光的相速度与群速度

2.3 Kramers-Kronig关系

2.4光纤中受激布里渊散射的物理机制

2.5 光纤中基于受激布里渊散射快光的理论分析

2.6 本章小结

第三章 光子晶体光纤结构与掺杂对受激布里渊散射快光的影响

3.1引言

3.2 数值模型和理论分析

3.3 模拟结果

3.4 本章小结

第四章 液体填充光子晶体光纤中受激布里渊散射快光的温度响应

4.1 引言

4.2 数值模型和理论分析

4.3 模拟结果

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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