光纤中基于SBS的慢光及其畸变的研究

摘要

近年来，光纤中基于受激布里渊散射(SBS)产生慢光的研究已经成为光纤通信领域和光纤非线性光学领域的研究热点。这是因为实现SBS慢光的泵浦光功率阈值比较低，波长具有可控性，室温下容易操作，以及与现代光通信系统兼容等优点。本文采用有限差分法对三波耦合方程组进行数值模拟求解;利用畸变管理方法对具有不同增益带宽的光纤SBS慢光系统的延迟时间和信号畸变进行了理论研究。论文的主要研究内容包括:
　　 1.窄带SBS慢光的研究小信号增益下，推导出了斯托克斯波的复波失，以及延迟时间和展宽因子的表达式。解析解表明:脉冲信号相对延迟越大，信号的失真也就越大。
　　 饱和增益下，利用有限差分法数值求解了三波耦合方程，得出了光信号脉冲宽度、光纤有效截面和布里渊共振带宽对信号延迟和展宽的影响。研究发现，在不同入射信号脉冲宽度下，延迟时间和展宽因子随泵浦功率均是先增加后减小，对于较短脉冲信号，获得的展宽比较大;较大的有效截面积和较小的增益带宽使得信号光具有更大的饱和功率值，获得的延迟时间也较大。
　　 2.宽带单增益SBS慢光的延迟时间和信号畸变的研究采用畸变衡量方法，推导出了宽带单增益结构下的延迟时间、振幅偏差和相位偏差的表达式。通过对相对时间延迟、振幅畸变和相位畸变随增益因子和入射脉冲频率带宽变化规律的研究发现，畸变限制下，可允许的最大带宽比为0.2，获得的最佳相对延迟时间为0.57。
　　 3.宽带单增益单补偿SBS慢光的延迟时间和信号畸变的研究补偿结构下，计算出了获得平坦增益谱的条件即两宽带泵浦功率之比有关，引入了参量了K。研究了时间延迟，相对时间延迟，振幅畸变，相位畸变随K，增益因子，入射信号的频率带宽等参量的变化情况。研究得出:畸变限制下，允许的最大带宽比为0.67，最佳相对延迟时间为0.46;引入的补偿结构能抵消较强增益谱的顶部而获得平顶的增益谱，有效的减小了信号脉冲的畸变，不足是获得的相对延迟时间不高。
　　 4.宽带双增益SBS慢光的延迟时间和信号畸变的研究双宽带泵浦叠加引入了双泵浦频率间隔δ，经对复波矢计算可知，δ对色散有一定影响，当δ=0.72γG时，二阶色散为零，δ=0.60γG三阶色散为零。讨论研究了两种情况下的延迟时间，相对延迟时间，振幅畸变和相位畸变随增益因子，带宽比的变化关系，得出:振幅畸变在整个色散畸变中起着主导作用，尤其是二阶色散，如果能抵消二阶色散，那么信号的失真也将得到很好的控制;在k2=0，畸变的限制下，可允许的最大带宽比约为0.64，最佳相对延迟时间为1.05;在k3=0时，畸变限制下，允许的带宽比达到0.314，获得的最佳相对延迟时间为0.75;双增益结构不仅可以获得较高的相对延迟，也可有效的降低脉冲畸变。

目录

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摘要

第一章 绪论

第一节 光速调控的发展概述

1．1．1 光速的测量

1．1．2 光速调控的发展

第二节 光速调控的基本原理

1．2．1 光速的概念

1．2．2 光速调控的基本原理

第三节 慢光研究的背景和意义

第四节 受激布里渊散射实现慢光的研究进展

第五节 受激布里渊散射慢光的应用现状

第六节 本文研究的主要内容

第二章 光纤中基于窄带SBS慢光的理论研究

第一节 受激布里渊散射的物理特性

2．1．1 受激布里渊散射的物理过程

2．1．2 受激布里渊散射的增益谱

2．1．3 受激布里渊散射的布里渊阈值

2．1．4 受激布里渊散射的增益饱和

第二节 光纤中基于窄带SBS慢光的研究

2．2．1 受激布里渊散射实现光速减慢的物理机制

2．2．2 受激布里渊散射慢光的动态耦合方程

2．2．3 受激布里渊散射慢光的动态耦合振幅方程的研究

2．2．4 受激布里渊散射慢光的脉冲延迟与畸变的研究

第三节 本章小结

第三章 光纤中基于宽带SBS慢光的基本原理

第一节 光纤中宽带SBS慢光理论基础

第二节 宽带SBS慢光畸变衡量方法

第三节 本章小结

第四章 光纤中基于宽带SBS慢光的理论研究

第一节 单宽带增益结构下延迟和畸变的研究

4．1．1 单宽带增益结构及其理论模型

4．1．2 结果与讨论

4．1．3 本节小节

第二节 宽带单增益单补偿结构下延迟和畸变的研究

4．2．1 宽带单增益单补偿结构及其理论模型

4．2．2 结果与讨论

4．2．3 本节小节

第三节 双宽带增益结构下延迟和畸变的研究

4．3．1 双宽带增益结构及其理论模型

4．3．2 结果与讨论

4．3．3 本节小节

第四节 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历