基于非线性光纤的慢光可调谐延迟

摘要

随着光纤通信的迅猛发展，对通信带宽的需求也越来越大，全光通信的发展势在必行。慢光技术由于其可控光速的能力和在全光通信中的应用受到人们的广泛关注。在各种慢光系统中，光纤慢光的科学研究是近期慢光研究的热点，而利用光纤受激布里渊散射（SBS：StimulatedBrillouin scattering）效应实现慢光是慢光走向实际应用的关键。非线性光纤由于具有极强的非线性特性，在受激布里渊散射等方面具有优异的表现。研究基于非线性光纤的受激布里渊散射慢光可调谐延迟，具有十分重要的意义。
　　 本文首先概述了光纤中慢光技术的研究现状。基于对自行研制的掺杂纳米微粒InP新型非线性光纤的分析，总结基于非线性光纤的受激布里渊散射慢光的特点。对掺杂纳米InP微粒的新型光纤进行数值计算，得出在布里渊增益G约为15时得到一个约为738ps的慢光延迟。同时计算相同条件下普通单模光纤中的慢光，比较得出非线性光纤能在较短的距离产生了光纤内泵浦能量的转移并产生慢光延迟。
　　 基于以上分析，搭建实验系统测量非线性光纤、单模光纤以及光子晶体光纤的慢光参数，测得1km的非线性光纤的布里渊阈值为17.8dBm/60mw，布里渊频移为13.3GHz；布里渊增益谱宽为65MHz，较一般单模光纤的增益谱宽要宽（36MHz），且增益谱相对稳定；非线性光纤的布里渊单位最大峰值功率为0.032mw/km，大于单模光纤中的值。
　　 通过搭建不同的慢光实验系统实验，比较分析泵浦光和信号光匹配方法，并最终利用手动匹配法，根据已经测量得出的非线性光纤的慢光参数值，在非线性光纤中进行慢光实验，在输入信号为1555.8174nm时，得到脉冲为140ns的信号最大延迟为8ns，比输入为1555.8162nm和1555.8184nm时延迟增加了6ns和4ns；延迟随着泵浦功率的增加而增大，输入泵浦功率为18.5dBm时的延迟比输入为17.8dBm时增加了4ns左右。
　　 通过以上分析实验得出，由于纤芯较强的模场限制作用和光纤非均匀性的提高，非线性光纤中的布里渊效应及慢光效应会增强；同时非线性光纤中的布里渊增益谱宽也较大，有效增加了SBS慢光的有效谱宽范围，且较稳定的增益谱也较利于光纤中慢光的实现。
　　 文章最后讨论非线性光纤中受激布里渊散射慢光的脉冲畸变和信号失真，研究拓宽布里渊增益谱减小传输失真的方法，为课题的进一步研究指明了方向，并且为非线性光纤中慢光技术走向实际应用奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 慢光现象的研究背景和国内外的研究进展

1.2 光纤中慢光的实现方法和研究进展

2.1.1 受激布里渊散射产生慢光

2.1.2 受激拉曼散射产生慢光

2.1.3 其他光纤中慢光的技术

1.3 不同光纤介质中慢光的研究进展

1.4 论文的主要研究内容

参考文献

第二章 基于非线性光纤的受激布里渊散射慢光理论

2.1 受激布里渊散射产生慢光的基本原理

2.2.1 受激布里渊散射的物理机理

2.2.2 受激布里渊散射慢光的基本原理

2.2.3 受激布里渊散射慢光的耦合波方程

2.2 受激布里渊散射慢光的关键参数

2.2.1 受激布里渊散射的阈值分析

2.2.2 受激布里渊散射的增益谱

2.3 非线性光纤中的的受激布里渊散射特性

2.4 本章小结

参考文献

第三章 基于新型非线性光纤的受激布里渊散射慢光计算

3.1 分步傅里叶法简介

3.1.1 分步傅里叶法的基本思想

3.1.2 分步傅里叶法的特点

3.2 利用分步傅里叶法的受激布里渊散射慢光计算

3.2.1 基于分步傅里叶法的受激布里渊散射慢光模型

3.2.2 计算流程

3.2.3 计算结果与分析

3.2.4 基于新型非线性光纤的慢光特性比较分析

3.3 本章小结

参考文献

第四章 基于非线性光纤的SBS慢光参数测量

4.1 布里渊阈值的测量

4.1.1 单模光纤的布里渊阈值

4.1.2 光子晶体光纤的布里渊阈值

4.1.3 非线性光纤的布里渊阈值

4.2 布里渊增益谱的测量

4.2.1 单模光纤的布里渊增益谱

4.2.2 光子晶体光纤的布里渊增益谱

4.2.3 非线性光纤的布里渊增益谱

4.3 三种光纤的慢光参数结果分析

4.4 本章小结

参考文献

第五章 基于非线性光纤的SBS慢光延迟实验

5.1 基于自动匹配法的慢光实验

5.1.1 基于单光纤SBS产生器自动匹配的实验及结果

5.1.2 基于SBS环形振荡器自动匹配的实验及结果

5.2 基于手动相位匹配法在非线性光纤中的慢光实验

5.2.1 基于非线性光纤的慢光实验装置

5.2.2 不同信号波长下的实验结果

5.2.3 不同泵浦功率下的实验结果

5.3 实验结果讨论

5.3.1 实验结果分析

5.3.2 非线性光纤中慢光过程的脉冲畸变与信号失真

5.3.3 拓展布里渊增益谱宽的方法

5.4 本章小结

参考文献

第六章 基于非线性光纤的慢光可调谐延迟的应用前景

6.1 本论文的主要研究工作

6.2 今后工作的展望

6.3 慢光技术的应用前景

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢