光纤中基于SBS效应的微弱光信号放大技术研究

摘要

微弱信号的探测一直是激光雷达和激光通信等领域的难点。对微弱光信号进行放大，是提高系统作用距离和灵敏度的有效手段。在各种光放大技术中，以光纤为增益介质的基于受激布里渊散射（SBS）效应的光放大技术具备增益高、频率选择性好、系统可靠性强的优点，在光放大领域有重要的应用价值。
　　本文研究光纤布里渊放大参数（包括抽运光功率、信号光脉宽、光纤长度等）对SBS放大率和信噪比的影响规律，优化参数，以实现高增益、高信噪比的微弱回波信号放大。
　　首先建立了含噪声、用于数值研究的光纤中布里渊放大特性数学模型。利用此数值模型对单模光纤中的SBS过程进行数值模拟，通过单独改变抽运光功率、信号光功率及脉宽、光纤长度等参数，得出不同条件下放大率和信噪比的变化情况。研究表明：信号放大率随抽运光功率增加而提高，随信号光脉宽增加而提高，随信号光功率增加而下降；信噪比随抽运光功率增加而下降，随信号光脉宽增加而提高，随信号光功率增加而提高。
　　实验上，本文首先开展了非散射信号的布里渊放大实验研究。采用连续抽运光放大脉冲信号光，以不同单模光纤作为SBS介质，改变实验中抽运光、信号光、光纤参数，研究其对单模光纤中SBS放大率和信噪比的影响。实验对0.43μW信号光实现了107放大，信噪比为11dB。实验研究与理论研究的放大率和信噪比的变化规律基本相符，确定了在弱抽运光功率情况下使用细芯径光纤，强抽运光功率下使用普通单模光纤的实验方法。在此基础上，开展了散射信号的布里渊放大实验研究，获得了抽运光功率、信号光脉宽和光纤长度、芯径对放大率和信噪比的影响规律。通过参数优化，对0.43μW信号实现了106放大，信噪比为10dB，实现了微弱光信号的高增益放大，放大后的信号满足最低信号可分辨条件。散射信号放大特性与光纤内部微弱信号放大特性的对比表明，放大率和信噪比均有所下降，说明退偏效应对SBS过程有一定影响，主要降低了放大率和信噪比。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的研究内容

第2章 受激布里渊放大的基本理论

2.1 引言

2.2 受激布里渊散射基本理论

2.3 布里渊放大理论

2.4 本章小结

第3章 光纤中非散射信号SBS放大实验研究

3.1 引言

3.2 光纤布里渊放大的理论研究

3.3 光纤中非散射信号SBS放大实验研究

3.4 本章小结

第4章 光纤中微弱散射光信号SBS放大实验研究

4.1 引言

4.2 光纤布里渊放大器散射信号放大性能实验研究

4.3 退偏效应对放大器性能的影响分析

4.4 散射信号扫描实验研究

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢