硫系玻璃具有较宽的红外透过范围及极高的线性和非线性折射率。综述了基于受激布里渊散射效应的硫系玻璃光器件研究进展,以及硫系光纤和波导器件在布里渊激光器、慢光产生和微波光子滤波器等领域的应用现状,指出了研究中存在的问题,并展望了其发展前景。

针对传统的通过功率信息测量所得受激布里渊散射阈值偏高的问题, 提出了一种利用布里渊散射谱宽确定光纤受激布里渊散射阈值的新方法。分析了本地外差检测的原理及布里渊散射谱宽与入纤光功率的关系; 设计了基于本地外差检测的布里渊散射谱测量系统, 在常温下对不同长度标准单模光纤的受激布里渊散射阈值进行了测量。实验结果表明: 当光纤长度分别为48.8 km和9.5 km时, 根据功率信息获得的受激布里渊散射阈值对应的布里渊散射谱宽均接近恒定值10 MHz, 此时已发生严重的泵浦耗尽效应。利用布里渊散射谱表现出的低入纤功率时谱宽的线性下降特性和高入纤功率时谱宽的功率无关特性确定的两种光纤长度下的受激布里渊散射阈值分别为1.12 mW和3.8 mW, 对应的布里渊散射谱宽分别为24.86 MHz和23 MHz, 其值近似等于布里渊自然线宽。文中的研究结果对布里渊光时域反射系统最大入纤光功率的确定具有重要的参考价值。

将多波长激光光源技术引入瑞利布里渊光时域分析系统, 其中抑制载波的微波调制多波长脉冲基底1阶边带会在传感光纤中产生多波长背向瑞利散射; 将该散射光作为探测光与多波长传感脉冲发生受激布里渊散射(SBS)作用, 可有效地提高光纤SBS阈值和SBS作用效率, 进而提高系统信噪比和布里渊频移的测量精度。分析了相位调制器产生多波长激光光源的原理以及利用电光强度调制器产生作为探测光的多波长斯托克斯和反斯托克斯激励光的原理, 建模分析了多波长瑞利布里渊光时域分析系统原理, 给出了系统信噪比与波长数关系的表达式; 搭建了单波长和三波长光纤SBS阈值测量系统及瑞利布里渊光时域分析系统, 测量了光纤的SBS阈值和系统性能。实验结果表明, 当单波长与三波长瑞利布里渊光时域分析系统的传感脉冲宽度为100 ns, 峰值功率为100 mW, 单个波长的脉冲基底功率约为1.3 mW, 传感光纤长度为2.4 km时, 三波长较单波长系统的光纤SBS阈值和信噪比分别提高了3倍和2.83倍, 在2 km光纤内布里渊频移波动由33.4 MHz降至15.6 MHz。

分析了混沌光注入功率和单模光纤长度对布里渊散射斯托克斯光线宽的影响，发现随着注入混沌光功率的增大，斯托克斯光线宽逐渐减小；当注入的混沌光功率达到一定值时，斯托克斯光线宽几乎不变。分析了注入混沌光功率和单模光纤长度对后向散射功率的影响，发现当注入混沌光功率一定时，后向散射功率随着光纤长度的增加而迅速增大，当光纤长度超过15.41 km时，后向散射功率趋于饱和。讨论了混沌受激布里渊散射光阈值的影响因素，结果表明，混沌受激布里渊散射光阈值很高，比传统的连续光注入光纤产生的受激布里渊散射阈值高约19 dB。

从受激布里渊散射耦合波导方程出发建立了多模光纤布里渊频移、泵浦波、斯托克斯波和声波场理论模型，分析对比了多模光纤与单模光纤布里渊散射谱的频移、增益、线宽和受激布里渊散射阈值，并进一步分析了光纤长度、衰减系数、数值孔径对多模光纤受激布里渊散射阈值的影响。结果表明，多模光纤多个模式布里渊散射谱叠加造成其总的布里渊散射谱展宽,不再满足洛伦兹分布，其线宽增加至原来数倍、峰值增益和频移降低；渐变折射率多模光纤SBS阈值一般在80 mW以上，远大于单模光纤；纤芯直径相同时，相比于阶跃折射率多模光纤，数值孔径对渐变折射率多模光纤SBS阈值的影响较大，后者更易发生受激布里渊散射效应。理论计算与已报道测量结果的比较验证了理论分析的正确性。文中研究为建立基于多模光纤的布里渊散射分布式传感系统奠定了理论基础。

针对连续分布式布里渊光纤传感器的传感特性与阈值问题,根据光纤中泵浦光与斯托克斯光之间 耦合波方程,推导出布里渊散射阈值的关系式。通过计算分析该关系式与入射光的脉冲宽度、光纤 半径和温度的关系,提出了基于脉冲光布里渊散射的阈值理论估算模型。在实验中,利用布里渊光 时域反射仪系统,得出了脉冲光布里渊阈值特性,并与理论模型的结果进行对比分析,实验证明了 该脉冲光阈值模型的结果与实验得到的布里渊阈值能够较好地吻合。

从受激布里渊散射(SBS)耦合波理论出发，根据双包层光纤放大器中的受激布里渊散射阈值模型，理论仿真了信号带宽、纤芯直径、放大器增益对SBS阈值的影响，并从实验上研究了单频百纳秒脉冲信号在掺镱双包层光纤放大器中的受激布里渊散射现象。实验中输入脉冲信号重复频率1 Hz,脉宽200 ns，对不同的输入脉冲信号放大，前向放大脉冲在脉冲能量660 nJ、峰值功率3.3 W时出现畸变，产生后向SBS窄脉冲，达到了SBS阈值，实验计算的SBS阈值与理论分析结果基本一致。

在对水中受激布里渊散射阈值的研究中，针对传统定义上的不足，提出一种新的定义和新的测量方法。测量了不同能量的光束在不同长度的水介质中传输，在宽线宽和窄线宽情况下水的衰减系数。通过水的衰减系数的变化来确定不同情况下受激布里渊散射的阈值。试验发现，水中的受激布里渊阈值在理想稳态和理想瞬态下是一个常数，只与泵浦激光和介质属性有关，和介质长度无关；在中间情况下，受激布里渊阈值是否与介质长度有关，还要根据具体情况来分析。