基于受激布里淵散射的有源光濾波技術(shù)及應(yīng)用.pdf

1、光濾波器可用于提取光信號(hào)中的特定光譜成分，是一種不可或缺的關(guān)鍵光電子器件。基于受激布里淵散射（SBS）效應(yīng)的有源光濾波器（AOF）具有超窄帶寬、高隔離度、無損耗、可靈活重構(gòu)等特點(diǎn)，在光纖通信與傳感、微波光子學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用需求。本論文研究了基于SBS效應(yīng)的有源光濾波技術(shù)及應(yīng)用，主要內(nèi)容和創(chuàng)新成果如下：
　　從描述SBS過程的耦合振幅方程組出發(fā)，推導(dǎo)了準(zhǔn)連續(xù)泵浦情況下該方程組的簡(jiǎn)化形式。在此基礎(chǔ)上，建立了 SBS-AOF頻率響

2、應(yīng)和噪聲特性的理論模型，并給出了SBS-AOF理論模型對(duì)應(yīng)的數(shù)值仿真分析方法。
　　面向 SBS-AOF單增益峰、高隔離度、窄帶寬的使用需求，研究了光纖材料和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對(duì)布里淵增益譜的作用效果，提出了一種SBS效應(yīng)增強(qiáng)型光纖的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了單光模與單聲模的同時(shí)穩(wěn)定激勵(lì)和兩者間的高效耦合。研究了泵浦光功率、光纖長(zhǎng)度、輸入信號(hào)功率等參數(shù)對(duì)常規(guī)單級(jí)SBS-AOF性能的影響。
　　針對(duì)增益飽和效應(yīng)會(huì)使單級(jí) SBS-AOF帶寬和隔離度

3、特性顯著劣化這一問題，提出了一種采用分段泵浦的SBS-AOF改進(jìn)結(jié)構(gòu)。相關(guān)分析表明：通過優(yōu)化該雙級(jí)SBS-AOF各工作狀態(tài)參數(shù)特別是雙級(jí)間的衰減值，可有效減緩增益飽和效應(yīng)對(duì)SBS-AOF性能的不利影響。
　　構(gòu)建了SBS-AOF頻響特性和噪聲特性的測(cè)量裝置。實(shí)驗(yàn)測(cè)得SBS效應(yīng)增強(qiáng)型光纖的布里淵增益譜帶寬最小為12.5MHz、峰值增益最大為60dB。通過對(duì)單級(jí)和雙級(jí)SBS-AOF總體性能的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在噪聲特性不明顯劣化的前提下，雙級(jí)

4、SBS-AOF可呈現(xiàn)較單級(jí)SBS-AOF更加良好的性能。這與仿真分析中所得結(jié)論是一致的。
　　面向 SBS-AOF在超高分辨率光譜分析系統(tǒng)中的應(yīng)用需求，構(gòu)建了相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置并實(shí)現(xiàn)了0.1pm量級(jí)的光譜分辨率，與常規(guī)體光柵光譜儀比較提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在此基礎(chǔ)上，提出了一種采用平衡探測(cè)結(jié)構(gòu)用于改善光譜測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍的方法，該方法利用平衡探測(cè)結(jié)構(gòu)消除 SBS-AOF帶外信號(hào)成分的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該方法可將光譜測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍增大到60dB左右

5、。并且還提出了一種采用雙級(jí)SBS-AOF結(jié)構(gòu)同時(shí)改善光譜測(cè)量分辨率和動(dòng)態(tài)范圍的方法。實(shí)驗(yàn)研究表明：通過減緩 SBS-AOF中的增益飽和效應(yīng)，光譜分析系統(tǒng)的整體性能得到明顯提升。系統(tǒng)分辨率優(yōu)于0.1pm且靈敏度優(yōu)于-60dBm。
　　面向 SBS-AOF在窄線寬半導(dǎo)體激光器方面的應(yīng)用需求，提出了一種基于SBS-AOF的線寬壓縮裝置，由超長(zhǎng)光纖諧振腔、SBS-AOF、組合光纖環(huán)和飽和吸收體等單元構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在C波段30nm范圍