作者单位
摘要
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 
中国光学
2024, 17(1): 226
Yuxi Pang 1,2Qiang Ji 1,2Shaonian Ma 1,2Xian Zhao 1,2[ ... ]Yanping Xu 1,2,*
Author Affiliations
Abstract
1 Shandong University, Center for Optics Research and Engineering, Qingdao, China
2 Shandong University, Key Laboratory of Laser and Infrared System of the Ministry of Education, Qingdao, China
3 Shandong University, School of Information Science and Engineering, Qingdao, China
4 National Research Council Canada, Ottawa, Canada
5 University of Ottawa, Physics Department, Ottawa, Canada
The optical rogue wave (RW), known as a short-lived extraordinarily high amplitude dynamics phenomenon with small appearing probabilities, plays an important role in revealing and understanding the fundamental physics of nonlinear wave propagations in optical systems. The random fiber laser (RFL), featured with cavity-free and “modeless” structure, has opened up new avenues for fundamental physics research and potential practical applications combining nonlinear optics and laser physics. Here, the extreme event of optical RW induced by noise-driven modulation instability that interacts with the cascaded stimulated Brillouin scattering, the quasi-phase-matched four-wave mixing as well as the random mode resonance process is observed in a Brillouin random fiber laser comb (BRFLC). Temporal and statistical characteristics of the RWs concerning their emergence and evolution are experimentally explored and analyzed. Specifically, temporally localized structures with high intensities including chair-like pulses with a sharp leading edge followed by a trailing plateau appear frequently in the BRFLC output, which can evolve to chair-like RW pulses with adjustable pulse duration and amplitude under controlled conditions. This investigation provides a deep insight into the extreme event of RWs and paves the way for RW manipulation for its generation and elimination in RFLs through adapted laser configuration.
optical rogue wave modulation instability random fiber laser cascaded stimulated Brillouin scattering four-wave mixing temporally localized structure 
Advanced Photonics Nexus
2024, 3(2): 026008
Author Affiliations
Abstract
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
On-chip stimulated Brillouin scattering (SBS) has attracted extensive attention by introducing acousto-optic coupling interactions in all-optical signal processing systems. A series of chip-level applications such as Brillouin lasers, amplifiers, gyroscopes, filters, and nonreciprocal devices are realized based on Brillouin acousto-optic interaction. Here, we first introduce the fundamental principle of SBS in integrated photonics and a method for calculating Brillouin gain; then we illustrate the Brillouin effect on different material platforms with diverse applications. Finally, we make a concise conclusion and offer prospects on the future developments of on-chip SBS.
stimulated Brillouin scattering integrated photonics silicon-on-insulator 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 020031
何兴道 1,2,*许锦 1,2刘明轩 1,3史久林 1,2,3,**
作者单位
摘要
1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室,江西 南昌 330063
2 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191
3 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西 南昌 330063
基于单级虚像相位阵列(VIPA)的布里渊散射光谱信号检测技术具有结构简单、光通量高的特点,在透明生物组织弹性快速检测方面具有优势。眼角膜和晶状体是典型的透明组织,但由于单级VIPA光谱仪中布里渊信号易被弹性散射淹没,限制了其信噪比和分辨率的提高,成为临床进一步应用的技术瓶颈。针对这一问题,从理论和实验两方面探究了提升单级VIPA布里渊光谱检测系统性能的方法。利用VIPA的傍轴近似色散模型,理论分析了柱面透镜前准直光束的半径、柱透镜焦距、球面透镜焦距和VIPA倾斜角度对单级VIPA光谱仪色散率的影响。研究结果表明,影响色散率的主要因素是球面透镜焦距、VIPA倾斜角度和探测器分辨率。在实际测试系统中,对一种变焦镜头与高分辨CMOS相机结合的信号接收装置进行有效的参数设计与系统匹配,实现了色速率与散射信号强度的平衡,优化了光谱仪系统各项参数,提升了该检测系统的性能。应用该单级VIPA光谱仪,实现了猪眼角膜和晶状体二维频移成像。该研究结果对于单级VIPA光谱仪在临床诊疗领域的应用具有重要意义。
布里渊散射 虚像相位阵列 色散率 频移 
激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0130001
作者单位
摘要
华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程研究中心,湖北 武汉 430074
布里渊光纤传感系统由于其分布式监测的工作原理,会产生大量的数据。然而,相比于硬件技术的突破,海量数据处理技术的发展尤为不足。如何智能化、快速化、精确化处理海量数据从而更进一步提升系统性能、获取更为准确的传感信息是当今发展面临的最大难题。因此,研发先进的数字信号处理(DSP)技术用于处理海量数据刻不容缓。回顾近几年国内外用于传感系统数据处理的DSP技术,重点介绍图像视频降噪技术和机器学习信息提取识别技术在分布式光纤传感中的应用,进而为未来基于DSP技术的布里渊光纤传感研究提供参考。
光纤传感器 布里渊散射 数字信号处理 图像处理 机器学习 
光学学报
2024, 44(1): 0106003
作者单位
摘要
北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室,北京 100876
布里渊光时域分析仪(BOTDA)因其长距离分布式传感的优势而得到学术界和产业界的广泛研究与应用,光脉冲编码技术可以在不牺牲空间分辨率和测量时间的前提下辅助BOTDA进一步实现可观的信噪比提升,被认为是最高效(高信噪比提升和低硬件成本)的性能提升方法之一,具有显著的优势和应用前景。本文围绕基于光脉冲编码技术的BOTDA,介绍了用于分布式光纤传感领域的几种主流的光脉冲编码技术的原理,综述了近些年基于光脉冲编码的BOTDA传感系统的研究进展。
光纤光学 分布式传感器 受激布里渊散射 光脉冲编码 
光学学报
2024, 44(1): 0106014
作者单位
摘要
上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室,上海 200444
相对于常见的多波长激光器,正交偏振多波长激光器可输出相邻波长偏振正交的多波长激光,可有效消除密集波分复用(DWDM)系统中相邻波长信道的干扰,在光纤传感、光纤通信和光谱检测领域中具有广泛应用。基于保偏光纤(PMF)中的受激布里渊散射(SBS)的轴向偏振牵引效应,设计并实现了具有单倍和2倍布里渊频移(BFS)间隔的偏振正交分插复用多波长布里渊随机光纤激光器(OPI-MWBRFL)。首先,采用3 km长PMF布里渊随机激光腔,实现了7个波长的单BFS间隔正交多波长激光输出,相邻波长偏振消光比不低于33 dB。其次,通过级联21 km长距离单模光纤(SMF)布里渊随机激光腔和3 km长PMF随机腔,实现了具有2倍BFS间隔的正交多波长(4个波长)激光输出,相邻波长偏振消光比可达34 dB。所实现的偏振正交方案由PMF中的SBS轴向偏振牵引的物理机理决定,因此不仅可以实现优良的波长间偏振正交,而且对系统的偏振准直要求低,具有良好的工作稳定性。系统监测实验验证了OPI-MWBRFL系统的良好稳定性。
激光器 正交偏振分插复用 保偏光纤 非线性偏振牵引 受激布里渊散射 
中国激光
2023, 50(23): 2301012
李永倩 1,2,3,*范海军 1,2,3张立欣 1,2,3王磊 1,2,3[ ... ]赵旭 1,2,3
作者单位
摘要
1 华北电力大学电子与通信工程系, 河北 保定 071003
2 华北电力大学, 河北省电力物联网技术重点实验室, 河北 保定 071003
3 华北电力大学, 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室, 河北 保定 071003
多模光纤中存在的多个自由度为大容量通信和多参量传感提供了可能, 然而多模光纤中存在的高阶模不仅不稳定、 易耦合和易辐射损耗, 而且导致了布里渊增益谱畸变、 谱宽展宽和布里渊增益峰值降低, 严重劣化了系统的测量精度与传感可靠度。 因此, 研究多模光纤布里渊增益谱的特性和整形优化尤为重要。 首先对多模光纤的布里渊频移和布里渊增益谱特性进行了理论研究, 并与少模光纤、 单模光纤进行对比。 结果表明: 多模光纤的布里渊频移与模式折射率及布里渊散射角有关, 当布里渊散射角不变时, 布里渊频移与模式群编号呈负相关; 当模式群编号不变时, 布里渊频移与布里渊散射角呈正相关。 相比单模光纤, 少模光纤与多模光纤由于受到高阶模的影响, 布里渊增益峰值和布里渊频移较低, 布里渊增益谱较宽。 多模光纤中的高阶模最多, 对应的布里渊增益峰值和布里渊频移最低, 布里渊增益谱最宽。 此外, 分析并设计了两种基于单模光纤的多模光纤布里渊增益谱整形优化方法。 搭建移频本地外差布里渊光时域反射系统, 通过测量比较两种整形优化系统的布里渊增益谱宽及抗弯曲性能, 以评估整形优化程度。 实验结果表明: 提出的两种整形优化方法不同程度地减小了多模光纤的布里渊增益谱宽, 获取的布里渊增益谱有着良好的Lorenz拟合度, 分别为0.974 47和0.987 89。 利用单模环形器结合单模光纤对准熔接多模光纤的方法有更好的整形优化效果和抗弯曲性能, 最小弯曲半径和布里渊增益谱宽分别为2.25 mm和53.12 MHz。
布里渊散射谱 多模光纤 谱整形 谱宽 抗弯曲性能 Brillouin scattering spectrum Multimode fiber Spectrum shaping Spectrum width Bending tolerance 
光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3559
作者单位
摘要
1 河北经贸大学信息技术学院,石家庄 050061
2 华北电力大学 电子与通信工程系,河北 保定 071003
3 华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室,河北 保定 071003
为了提高输电线负载能力、防止电网事故发生,文章利用布里渊散射和相干检测的原理,设计了一种基于自发布里渊散射的架空输电线路弧垂在线监测系统。利用布里渊光时域反射(BOTDR)技术,实时采集沿光纤分布的应变信号,提取应变传感关键性特征,实现对弧垂异常点的精准定位和预警。实验室数据和变电站测试结果表明:系统能够实时检测和精准定位应变变化信息,可单端测量且操作简单;可精准定位应变突变点,实现电缆弧垂异常情况的预警,及时发现和处理故障隐患,保证输电线路的安全稳定运行。
光纤传感 自发布里渊散射 电力电缆弧垂 在线监测 fiber optic sensing spontaneous Brillouin scattering power cable sag on-line monitoring 
光通信研究
2023, 49(5): 63
Author Affiliations
Abstract
1 Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou, China
2 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
3 MQ Photonics Research Centre, School of Mathematical and Physical Sciences, Macquarie University, Sydney, Australia
4 Center for Advanced Laser Technology, Hebei University of Technology, Tianjin, China
5 State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan, China
A continuous-wave (CW) single-longitudinal-mode (SLM) Raman laser at 1240 nm with power of up to 20.6 W was demonstrated in a free-running diamond Raman oscillator without any axial-mode selection elements. The SLM operation was achieved due to the spatial-hole-burning free nature of Raman gain and was maintained at the highest available pump power by suppressing the parasitic stimulated Brillouin scattering (SBS). A folded-cavity design was employed for reducing the perturbing effect of resonances at the pump frequency. At a pump power of 69 W, the maximum Stokes output reached 20.6 W, corresponding to a 30% optical-to-optical conversion efficiency from 1064 to 1240 nm. The result shows that parasitic SBS is the main physical process disturbing the SLM operation of Raman oscillator at higher power. In addition, for the first time, the spectral linewidth of a CW SLM diamond Raman laser was resolved using the long-delayed self-heterodyne interferometric method, which is 105 kHz at 20 W.
delay self-heterodyning diamond Raman laser linewidth single-longitudinal mode stimulated Brillouin scattering 
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(6): 06000e72

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