非线性效应(SBS+SRS)

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1、光纤中的非线性效应受激非弹性散射（续）自相位调制(SPM)非线性折射率交叉相位调制（XPM）光纤中的非线性效应非线性极化参量过程（四波混频）受激布里渊散射受激非弹性散射光场把部分能量传递给介质，受激拉曼散射是一个有能量交换的过程光散射Incidentbeam散射介质ω0StokesAnti-StokesRayleighBrillouinBrillouinRamanRamanωω0光散射的起源•介质光学特性的波动⎛∂ε⎞Δε~=⎜⎜⎟⎟Δρ~⎝∂ρ⎠介电常数自发散射受激散射BrillouinStocksΩ=ω−ωBpsk=k−kApsΩ=V

2、k≈2Vksin(θ/2)BaAapΩ2nVBa光纤中布里渊频移：ν==B2πλpBrillouin增益谱•无论是自发布里渊散射还是受激布里渊散射，若考虑声波的衰减，那么任意方向的散射光谱都不是单一的谱线，而是具有一定的频率宽度•频谱半峰全宽（FWHM）21ωp'22'()Δω==Γk=4nΓsinθ/2sA2τcp()2Δω/2g()Ω=gB0()2()2Ω−Ω+Δω/2B受激布里渊散射•纤中的受激布里渊散射（SBS）是强感应声波场对入射光作用的结果。当进入光纤的泵浦光功率超过特定阈值时，光纤内产生的电致伸缩效应使得光纤产生周期性形变或

3、弹性振动，即光纤中产生相干声波。该声波与泵浦光同向传输，并使得光纤折射率被周期性调制，从而形成以声速V运动的折射率光栅。泵浦引起的折a射率光栅通过布拉格衍射散射泵浦光，由于多普勒位移与以声速V移动的光栅有关，散射光a产生了频率下移。Brillouin阈值估算dIP=−gII−αIBPSPdzdIS=−gII+αIBPSSdzI()0=I(L)exp(gPLA−αL)ssB0effeffgPLA=21Bcreffeff75-6b=10in60-5)]b=10in(L-4Is45b=10假设输入的斯托克斯光和泵in(0)/-3b=10Isin

4、浦光的光强比为30-2b=10inb=I(L)/I(0)inSP10log[15001020304050gI(0)LBP0(0)]IP-5-6)/b=10in(L-5Pb=10Iin-4b=10in-10-3b=10in10log[-2b=10in-150102030405060gI(0)LBP•自发布里渊散射可以等效于在光纤一端每个模式中注入的假象光子在每个频率分量上的放大，该频率分量的能量为ηω。然后在整个布里渊增益谱范围内积分来计算散射光功率。∞⎡P⎤∫()0_cwPB_cw(L)=ηωexp⎢gBω0−ωLeff⎥dω−∞⎢A⎥⎣

5、eff⎦⎡P⎤()()0_cwPB_cwL=ηωsBeffexp⎢gBΩBLeff⎥⎢⎣Aeff⎥⎦gPL21AeffBcreffP≈≈21crAgBLeffeff布里渊散射的应用•布里渊光放大器•布里渊激光器•布里渊光传感器•慢光效应•……光纤布里渊激光器边界条件：光纤布里渊放大器增益：光纤布里渊传感器布里渊谱与温度和应力的线性关系Powerg00.5g0ΔωBω0ω0+ΔωFrequency光纤中的Raman散射RayleighStokesAnti‐StokesRotation‐PureVibrationbandsrotational

6、bands气体自发Raman散射谱应用？StokesAnti‐Stokes液体自发Raman散射谱拉曼散射本质上是一个独立的分子内部的物理过程G.P.Agrawal,NonlinearFiberOptics.2001,NewYork:AcademicPress受激Raman阈值dIs=gII−αIRpsssdzdIωpp=−gII−αIRpsppdzωsI(L)=I(0)exp(gIL−αL)ssR0effs1L=[1−exp(−αpL)]effαp拉曼散射的应用•拉曼激光器•拉曼光放大器•拉曼传感器