光纤中基于sbs效应的微弱光信号放大技术研究

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1、`硕士学位论文光纤中基于SBS效应的微弱光信号放大技术研究RESERACHONTHEAMPLIFICATIONOFWEAKOPTICALSIGNALBASEDONSTIMULATEDBRILLOUINSCATTERINGINOPTICALFIBER王艺潼哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：O437.2学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工程硕士学位论文光纤中基于SBS效应的微弱光信号放大技术研究硕士研究生：王艺潼导师：巴德欣申请学位：工程硕士学科：光学工程所在单位：航天学院答辩日期：20

2、16年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O437.2U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESERACHONTHEAMPLIFICATIONOFWEAKOPTICALSIGNALBASEDONSTIMULATEDBRILLOUINSCATTERINGINOPTICALFIBERCandidate：WangYitongSupervisor：BaDexinAcademicDegreeAppliedfor：Mastero

3、fEngineeringSpeciality：OpticalEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要微弱信号的探测一直是激光雷达和激光通信等领域的难点。对微弱光信号进行放大，是提高系统作用距离和灵敏度的有效手段。在各种光放大技术中，以光纤为增益介质的基于受激布里渊散射（SBS

4、）效应的光放大技术具备增益高、频率选择性好、系统可靠性强的优点，在光放大领域有重要的应用价值。本文研究光纤布里渊放大参数（包括抽运光功率、信号光脉宽、光纤长度等）对SBS放大率和信噪比的影响规律，优化参数，以实现高增益、高信噪比的微弱回波信号放大。首先建立了含噪声、用于数值研究的光纤中布里渊放大特性数学模型。利用此数值模型对单模光纤中的SBS过程进行数值模拟，通过单独改变抽运光功率、信号光功率及脉宽、光纤长度等参数，得出不同条件下放大率和信噪比的变化情况。研究表明：信号放大率随抽运光功率增加而提高，随信号光脉宽

5、增加而提高，随信号光功率增加而下降；信噪比随抽运光功率增加而下降，随信号光脉宽增加而提高，随信号光功率增加而提高。实验上，本文首先开展了非散射信号的布里渊放大实验研究。采用连续抽运光放大脉冲信号光，以不同单模光纤作为SBS介质，改变实验中抽运光、信号光、光纤参数，研究其对单模光纤中SBS放大率和信噪比的影响。实验对0.43μW信号光实现了107放大，信噪比为11dB。实验研究与理论研究的放大率和信噪比的变化规律基本相符，确定了在弱抽运光功率情况下使用细芯径光纤，强抽运光功率下使用普通单模光纤的实验方法。在此基础

6、上，开展了散射信号的布里渊放大实验研究，获得了抽运光功率、信号光脉宽和光纤长度、芯径对放大率和信噪比的影响规律。通过参数优化，对0.43μW信号实现了106放大，信噪比为10dB，实现了微弱光信号的高增益放大，放大后的信号满足最低信号可分辨条件。散射信号放大特性与光纤内部微弱信号放大特性的对比表明，放大率和信噪比均有所下降，说明退偏效应对SBS过程有一定影响，主要降低了放大率和信噪比。关键词：受激布里渊散射；微弱信号放大；放大率；信噪比I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractDetectingweaks

7、ignalsisalwaysdifficultinLIDAR,lasercommunicationsandotherfields.Amplificationofweakopticalsignal,isaneffectivemeanstoimprovesystemoperatingrangeandsensitivity.Amongvariousopticalamplificationtechnology,onewhichisbasedonStimulatedBrillouinScattering(SBS)ando

8、peratedinopticalfiber,withhighgain,frequencyselectivityandhighsystemreliabilityadvantages,hasimportantapplicationvalueinthefieldofopticalamplification.TheeffectofBrillouinamplificationparametero