基于光纖中受激布里淵散射效應(yīng)的慢光特性研究.pdf

1、控制光在光纖中的傳播速度，尤其是減慢光速(即慢光)，在全光信息處理、光纖傳感和微波光子學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，對其進行研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。與其他慢光技術(shù)相比，基于光纖中受激布里淵散射效應(yīng)(SBS)的慢光技術(shù)具有與光纖通信系統(tǒng)兼容、工作波長任意可調(diào)、延遲時間靈活可控和室溫下工作等優(yōu)點，近年來已成為慢光領(lǐng)域的研究熱點。
　　由于本征布里淵增益譜的窄帶寬、以及存在高階色散和增益飽和的影響，通常情況下基于SBS的慢光難以

2、獲得大延遲量，且延遲信號存在較大失真，因而限制了其走向?qū)嶋H應(yīng)用。針對存在的問題，本論文圍繞抑制延遲信號失真和增大延遲量兩個方面進行了深入研究。在抑制延遲信號失真方面，利用小信號分析方法和有限差分法求解SBS慢光耦合波方程，詳細探討了單脈沖、不同調(diào)制碼型數(shù)據(jù)流和周期信號在本征洛倫茲型布里淵增益譜形狀下的失真機理，并提出了相應(yīng)的抑制方案；在增大延遲量方面，分別利用布里淵梳狀譜和包含非線性光纖環(huán)鏡(NOLM)的級聯(lián)系統(tǒng)有效增強了SBS慢光的延

3、遲性能。主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　(1)以均方根脈寬為衡量標準，研究單脈沖在SBS慢光中的展寬特性。利用均方根脈寬的頻域表達式，首先計算了當脈沖載波位于布里淵增益譜中心時，由脈沖頻譜的幅值改變和相位改變所引起的脈寬展寬量，明確了在不同參數(shù)下兩種展寬因素對脈沖展寬量的貢獻大??；然后針對脈沖載波偏離增益譜中心和優(yōu)化布里淵增益譜形狀兩種脈沖展寬抑制方案，研究兩種脈沖展寬抑制方案對兩種展寬因素的影響。結(jié)果表明：當脈沖載波位于布里淵增益

4、譜中心時，絕大多數(shù)情況下，脈沖頻譜幅值的改變對延遲脈沖的展寬起主導(dǎo)作用，僅在脈沖頻譜寬度遠大于布里淵增益譜帶寬且布里淵增益較小時，延遲脈沖的展寬主要由其頻譜相位的改變引起；在小信號區(qū)域，通過脈沖載波偏離增益譜中心可以有效抑制延遲脈沖的展寬量，這得益于脈沖頻譜幅值改變量的減?。粚τ诼鍌惼澬?、高斯型和超高斯型布里淵增益譜，在相同增益譜帶寬下，2階超高斯型布里淵增益譜對脈沖的頻譜幅值和頻譜相位改變量同時最小，因而延遲脈沖的展寬量最小。

5、　　(2)以數(shù)據(jù)流為研究對象，首先研究占空比為50％的強度調(diào)制歸零碼(RZ-OOK)數(shù)據(jù)流在單色抽運光下的失真機理，進而針對不同擾動因素提出相應(yīng)的優(yōu)化方案，并從眼圖張開度代價(EOP)、“1”碼峰值延遲差異和延遲量三個方面對優(yōu)化方案的性能進行了量化分析。結(jié)果表明：脈沖展寬引起的碼間干擾和抽運光損耗引起的增益波動是導(dǎo)致數(shù)據(jù)流失真的兩個主要因素；在相同碼率下，選取具有更窄頻譜寬度的調(diào)制碼型可以有效抑制碼間干擾，這有利于減小“1”碼峰值延遲差

6、異并增大數(shù)據(jù)流延遲量；在相同誤碼率下，具有更小脈沖峰值功率的調(diào)制碼型有利于抑制抽運光損耗的產(chǎn)生，使其在大抽運光功率下具有更小的EOP；在相同抽運光功率下，利用多譜線抽運光增大布里淵增益譜寬度可改善數(shù)據(jù)流的EOP和“1”碼峰值延遲差異，但是以犧牲延遲量為代價。
　　(3)針對周期信號的頻譜特點，構(gòu)造了一種可實現(xiàn)周期信號無失真延遲或超前的布里淵梳狀譜，并推導(dǎo)出相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式。在給定延遲量下，對于任意周期信號，利用該布里淵梳狀譜表達式

7、可以方便地得到所對應(yīng)梳狀譜抽運光的頻譜分布及各譜線強度。在相同譜線數(shù)目下，與等間隔布里淵梳狀譜相比，優(yōu)化的布里淵梳狀譜能有效抑制周期信號被延遲時的消光比波動。
　　(4)設(shè)計了一種寬帶可調(diào)諧梳狀譜信號產(chǎn)生方案并進行了實驗驗證，得到了譜線間隔為布里淵頻移量、譜寬為～50GHz的梳狀譜信號。該梳狀譜信號產(chǎn)生方案具有實驗裝置簡單、波長范圍靈活可調(diào)的特點，進一步對多個光波長的梳狀譜信號進行疊加，可獲得頻譜更寬且譜線間隔可調(diào)的梳狀譜信號。在

8、此基礎(chǔ)上，數(shù)值分析了將實驗所得梳狀譜信號應(yīng)用于準光存儲技術(shù)時的信號延遲性能，結(jié)果表明：該梳狀譜信號可以對高碼率數(shù)據(jù)流進行有效延遲，其延遲帶寬積遠大于1，減小譜線間的峰值強度差異是改善延遲信號質(zhì)量的關(guān)鍵。
　　(5)提出將NOLM應(yīng)用于SBS慢光級聯(lián)系統(tǒng)中以獲得大延遲量的方案，并分別對單脈沖與數(shù)據(jù)流的延遲及展寬特性進行了分析。對于單脈沖：NOLM能有效抑制多級級聯(lián)下延遲脈沖的展寬，因而可增大級聯(lián)級數(shù)以獲得更大的延遲量；在相同相對延遲

9、量下，輸出脈沖的展寬量可通過調(diào)節(jié)各級抽運光功率進行改變，在特定參數(shù)下可實現(xiàn)脈沖FWHM處的零展寬延遲；NOLM在壓縮脈沖的同時將引入啁啾，且延遲脈沖前沿所對應(yīng)的啁啾絕對值要略大于脈沖后沿，增大抽運光功率有利于減小多級級聯(lián)所引入的啁啾量；優(yōu)化布里淵增益譜的形狀不但可以提高在級聯(lián)系統(tǒng)中脈沖的相對延遲量，而且可以改善經(jīng)NOLM壓縮后的脈沖波形。對于數(shù)據(jù)流：當數(shù)據(jù)流的載波位于布里淵增益譜中心時，雖然NOLM同樣能有效抑制數(shù)據(jù)流中脈沖的展寬，但增