光纖布里淵散射是什么

2019年9月26日分類：技術解答

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布里淵散射是由介質的χ?^（3）?非線性引起的效應，特別是與聲子有關的非線性部分。入射光子可以轉換為能量較低的散射光子（通常在向后方向傳播）和聲子。光場和聲波的耦合通過電致伸縮發生。即使在低光功率下也可以自發出現，然后反射熱產生的聲子場。對于更高的光焦度，可能會產生刺激效應，其中光場會顯著增加聲子的數量。在介質中光束的某個閾值功率之上，受激布里淵散射可以反射入射光束的大部分功率。此過程涉及對后向反射波的強非線性光學增益：可以以適當的光學頻率強烈放大最初微弱的反向傳播波。在此，兩個反向傳播的波產生一個行進的折射率光柵；反射功率越高，折射率光柵越強，有效反射率越高。

反射光束的頻率略低于入射光束的頻率；的頻率差ν?_乙對應于所發射的聲子的頻率。所謂的布里淵頻移是由相位匹配要求設置的。對于純反向布里淵散射，可以根據折射率?n，聲速v?_a和真空波長?λ計算布里淵位移：

（對于纖維中的布里淵散射，必須使用有效折射率。）

在光纖中，布里淵散射基本上僅在反向發生。但是，由于聲波導管的影響，前布里淵散射也可能很弱。

布里淵頻移取決于材料成分，并在某種程度上取決于介質的溫度和壓力。這種依賴性被用于光纖傳感器。

受激布里淵散射的另一個重要應用是光學相位共軛。例如存在用于高功率?Q開關激光器的相位共軛鏡，該相位共軛鏡使得在激光晶體中在向前和向后方向上發生的熱畸變彼此補償是可能的。

光纖中的布里淵散射

當窄帶光信號（例如，來自單頻激光器的光信號）在光纖放大器中放大或僅通過無源光纖傳播時，經常會遇到受激布里淵散射（SBS）。雖然例如二氧化硅的材料非線性實際上不是很高，但是通常較小的有效模式面積和較長的傳播長度強烈地促進了非線性效應。

圖1顯示了將單色光波注入10 m長的光纖中時發生的情況。反向傳播的布里淵移動波從具有非常低的光功率的量子漲落開始，但是迅速增長。盡管如此，它仍然遠遠小于1 W的輸入功率。

圖1：?在10 m長的光纖中，泵浦功率（從左向右傳播，紅色曲線）和得到的布里淵信號功率（從右向左，橙色曲線）。泵的輸入功率為1W。

對于稍微增加的1.8 W泵浦功率，布里淵增益（以分貝為單位）幾乎翻倍，并且布里淵波變得更強。

圖2：?與圖1相同，但泵浦功率為1.8W。

為了進一步增加泵浦功率，布里淵波的功率將變得與泵浦功率相當。在這種情況下，會發生大量的泵耗竭。對于高SBS增益，這不會導致穩定的情況，而是會導致電源的混沌波動。

如果光纖長數公里，則毫瓦功率足以引起大量的布里淵散射。然而，然后必須考慮傳播損耗，這是這種光纖長度的實質。同時影響泵浦波和布里淵波。

對于石英光纖，布里淵頻移約為10–20 GHz，布里淵增益的固有帶寬通常為50–100 MHz，這取決于強聲吸收（短聲子壽命約為10的聲子壽命）。 NS）。但是，布里淵增益譜可能會由于各種影響而被“抹去”，例如聲相速度的橫向變化[14、19]或縱向溫度變化。因此，峰值增益可能會大大降低，從而導致更高的SBS閾值。

窄帶連續波光的光纖布里淵閾值通常對應于90 dB量級的布里淵增益。（在有源光纖中具有附加的激光增益，閾值可能會更低。對于一系列超短脈沖，SBS閾值不是由峰值功率決定的，而是由功率譜密度決定的，如Spotlight文章所述。

SBS對光纖中窄帶光信號的放大和無源傳播引入了最嚴格的功率限制。為了提高布里淵閾值，可以將光的帶寬增加到布里淵增益帶寬之外，減小光纖長度，將布里淵位移略有不同的光纖連接起來，或者（在高功率有源光纖設備中）縱向使用變化的溫度[21]。還嘗試減少引導的光波和聲波的重疊，或引入聲波的顯著傳播損耗。通過基本的放大器設計修改，可以在一定程度上減少SBS問題，例如摻雜濃度，有效模式面積和泵浦傳播方向。

另一方面，布里淵增益可用于操作布里淵光纖激光器 。這種設備通常被制成光纖環形激光器。由于諧振器損耗低，它們可能具有相對較低的泵浦閾值和非常小的線寬。

布里淵位移的溫度依賴性可用于溫度和壓力感測。

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