1 兰州理工大学 电气工程与信息工程学院, 甘肃 兰州 730050
2 兰州理工大学 理学院, 甘肃 兰州 730050
理论分析了波长为2 µm的掺铥光纤放大器中受激布里渊散射(SBS)对激光输出性能的影响,研究了双包层掺铥光纤在793 nm的泵浦波长和1.9~2.1 µm的激光工作波段的光模分布、有效折射率、有效模场面积和归一化频率,数值计算了在1.9~2.1µm的激光工作波段双包层掺铥光纤中的布里渊频移和布里渊增益谱等SBS特性。利用增益光纤中的受激布里渊散射理论模型,研究了受激布里渊散射对掺铥光纤放大器激光输出性能的影响。在DTDF-10/130双包层掺铥光纤中,使用功率为100 W、波长为793 nm的连续光作为泵浦,可对波长为2 μm、功率为0.01 W的连续信号光进行放大。当泵浦光功率填充因子为0.01、0.02和0.03时,信号光的最大输出功率分别为25.27 W、31.08 W和34.06 W。对应的最佳双包层光纤长度为2.66 m、2.02 m和1.75 m,由受激布里渊散射产生的斯托克斯光功率分别为1.68 W、1.39 W和1.14 W。结果表明,在掺铥光纤放大器中使用泵浦光功率填充因子大的双包层光纤可以降低光纤长度,从而减小受激布里渊散射对信号激光输出功率的影响。本文的数值模型可以对光纤放大器的光纤长度进行优化,对提高实验效率、降低实验成本具有重要价值。
受激布里渊散射 双包层 掺铥光纤 放大器 stimulated brillouin scattering double-clad thulium-doped fiber amplifier
光学 精密工程
2022, 30(22): 2860
通过有限元方法研究了As2S3光子晶体光纤在2 μm至6 μm波段的受激布里渊散射。数值结果表明,当空气占空比小于0.6时,所提出的光子晶体光纤可保持单模工作。布里渊频移主要受泵浦波长和光纤结构的影响,泵浦波长从2 μm增加到6 μm时,布里渊频移减小了4.16 GHz;而当空气占空比由0.5增加到0.6时,布里渊频移变化量仅为兆赫兹量级。布里渊增益谱的半高全宽取决于声子寿命,泵浦波长为2 μm时布里渊增益谱的半高全宽是泵浦波长为6 μm时的9倍。在空气填充率为0.5和0.6的情况下,提出的光子晶体光纤的最大布里渊增益分别为2.413×10−10 m/W和2.429×10−10 m/W。在光纤有效长度相同的条件下,布里渊阈值与泵浦波长正相关,在空气填充率为0.5和0.6的光子晶体光纤中,使用6 μm泵浦时的布里渊阈值比使用2 μm时分别增大了27.8%和19.6%。这些数值结果对于中红外波段设计和制造基于所提出光纤的光学设备或光学传感器具有重要意义。
受激布里渊散射 中红外 光子晶体光纤 光纤光学 stimulated Brillouin scattering mid-infrared photonic crystal fiber fiber optics
为了解决受激布里渊散射快光在高吸收区产生损耗的问题, 通过分析普通单模光纤中双线泵浦产生的双布里渊增益线特性及在增益峰间实现脉冲的超光速传输理论, 利用有限元法数值模拟了双布里渊增益线处受激布里渊散射引起的快光特性。结果表明, 当频率分离因子大于0.596时, 可以观察到双增益峰; 当频率分离因子在1~5.25范围内时, 两个泵浦波产生的双增益峰之间可以明显地产生快光; 当频率分离因子为1.75时, 在双布里渊增益线之间的最大时间提前可达25 ps。当频率分离因子为2.42时, 三阶色散所对应的归一化色散长度为无穷大, 三阶色散可以得到完全补偿; 当频率分离因子大于2.464时, 脉冲展宽因子趋近于1, 可以实现无畸变传输, 但时间提前量小于13.52 ps。本文的研究结论对于在布里渊增益区实现快光具有一定的理论意义, 并对设计基于受激布里渊散射快光器件具有理论指导作用。
光纤 受激布里渊散射 双线泵浦 快光 fiber optics stimulated Brillouin scattering double-line pumps fast light
采用快速傅里叶变换算法, 数值模拟了双泵浦宽带布里渊吸收谱的受激布里渊散射快光.模拟结果表明信号脉冲的时间提前、衰减和脉冲展宽因子容易受到两个泵浦光的相对频率分离因子、输入泵浦光的功率以及光纤长度的影响.优化设计频率分离因子、输入泵浦光的功率以及光纤长度, 224 ps高斯信号脉冲实现了80 ps的最大提前量和0.87的最小展宽因子.研究结果可以提高光纤通信系统的数据速率, 降低脉冲失真.
光纤光学 受激散射 快光 光缓存 Fiber optics Stimulated scattering Fast light Optical buffer
1 兰州理工大学 理学院, 甘肃 兰州 730050
2 兰州理工大学 计算机与通信学院, 甘肃 兰州 730050
采用全矢量有限元法和分步傅里叶法模拟计算了高非线性光子晶体光纤在近红外光谱区(特别是在850 nm)的飞秒脉冲孤子效应压缩, 提出了一种新的反常群速度色散(β2=-50.698 ps2/km)、小高阶色散和高非线性(γ=268.419 1 W-1/km)二氧化硅芯光子晶体光纤结构, 建立了包含高阶色散和拉曼散射的非线性薛定谔方程, 研究了高斯脉冲在此光纤中传输时, 光纤长度和孤子阶数对脉冲压缩的影响, 分析了光纤中2~5阶色散, 研究表明: 孤子阶数为8时, 品质因子和压缩因子均达到最大, 初始脉冲的峰值功率P0=3 357.8 W, 压缩效果最好; 优化光纤几何和光学参数, 可以得到了高品质因数、小底座的超短光脉冲。
脉冲压缩 光子晶体光纤 孤子 高非线性 pulse compression photonic crystal fiber soliton highly nonlinearity 红外与激光工程
2019, 48(1): 0103004
1 兰州理工大学 理学院, 甘肃 兰州 730050
2 兰州理工大学 计算机与通信学院, 甘肃 兰州 730050
设计了一种分别填充水、酒精和苯炔等边三角形空气孔纤芯、包层空气孔排列为正六边形结构、以环烯烃共聚物作为基底材料的光子晶体光纤, 利用有限元法模拟了0.3~1.5 THz频带内的液体传感特性。结果表明, 设计的光子晶体光纤的灵敏度系数很高, 当纤芯空气孔直径d1=2.4 μm、包层空气填充比为0.3时, 苯炔在频率0.3 THz的相对灵敏性系数最高为37.63%, 在1.5 THz, 限制损耗的数量级可以降至10-7。
光子晶体光纤 太赫兹 传感 灵敏度 限制损耗 photonic crystal fiber terahertz sensing sensitivity confinement loss