光子晶體光纖中受激布里淵散射與四波混頻技術(shù)研究.pdf

1、近年來，光子晶體光纖(PCF)技術(shù)取得很大的進展。PCF設(shè)計靈活，具有無休止單模特性、奇異的色散特性和高非線性的特點，通過合理的設(shè)計，PCF的非線性比普通單模光纖的非線性高一到兩個數(shù)量級。因此，人們對PCF中的非線性進行了大量的研究。受激布里淵散射(SBS)是光纖中重要的非線性效應(yīng)，它具有閾值低、易發(fā)生的特點，使得SBS在光通信系統(tǒng)中既有積極的作用，又有消極的作用。SBS可用做光纖布里淵激光器和放大器，這是其積極的方面。相反，對于光纖中

2、其它的非線性效應(yīng)，如四波混頻(FWM)，SBS的發(fā)生會減弱FWM的效率，這時需要考慮抑制SBS。本論文從利用SBS和抑制SBS兩個角度，分別研究了PCF中的SBS和FWM。 論文首先分析了以PCF為增益介質(zhì)的光纖布拉格光柵F-P(Fabrv-Perot)腔中穩(wěn)態(tài)SBS的模型。在考慮PCF損耗的條件下，具體研究了光纖布拉格光柵F-P腔的透射功率、反射功率與輸入泵浦波功率的關(guān)系；仿真了光纖布拉格光柵F-P腔中的泵浦波和斯托克斯波的功

3、率分布；模擬計算了PCF長度對光纖布拉格光柵F-P腔中SBS閾值的影響。在上述理論研究的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的以PCF為增益介質(zhì)的基于光纖布拉格光柵F-P腔的雙頻布里淵激光器，利用25 m長的高非線性PCF和兩個光纖布拉格光柵構(gòu)成F-P腔，作為布里淵激光器的諧振腔，這種腔結(jié)構(gòu)有益于提高布里淵激光器的轉(zhuǎn)換效率，降低布里淵激光器的閾值。論文研究的布里淵激光器的閾值為3 5 mW，當(dāng)輸入泵浦波功率為l 3 0 mW時，激光器的轉(zhuǎn)換效率為1

4、8％。與已報道的PCF布里淵激光器相比，論文利用最短的PCF實現(xiàn)了最低閾值的PCF雙頻布里淵激光器。 在光通信系統(tǒng)中，信號需要通過微波調(diào)制到光信號上進行傳輸，所以微波信號的產(chǎn)生非常重要。論文提出了一種新型的基于PCF雙頻布里淵激光器的微波發(fā)生器，通過選擇具有一定反射譜的光纖布拉格光柵，可以使PCF布里淵激光器僅產(chǎn)生一階斯托克斯波，抑制高階斯托克斯波的產(chǎn)生，泵浦波和一階斯托克斯波的頻率差落在微波的頻率范圍內(nèi)，可以通過泵浦波和一階斯

5、托克斯波混頻得到微波信號。當(dāng)輸入泵浦波功率為5 7 mW、泵浦波波長在l 5 50 nm附近時，得到了帶寬為3 MHz、頻率為9.78 GHz的微波信號。與已報道的基于PCF布里淵激光器的微波信號發(fā)生器相比，本論文在更低的泵浦波功率下產(chǎn)生了微波信號。在用光纖鏈路傳輸微波的系統(tǒng)中，微波信號需要調(diào)制到光載波上，然后通過光纖進行傳輸，這需要解決光載波抑制的問題。論文在理論研究光纖環(huán)中SBS模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種新型的基于PCF中SBS的光載

6、波濾波器。濾波器由兩個環(huán)行器和一段PCF組成的光纖環(huán)構(gòu)成，這種光纖環(huán)結(jié)構(gòu)有效地降低了PCF中SBS的閾值，PCF的高非線性可以減小光纖環(huán)中的光纖長度。濾波器利用25 m長的高非線性PCF作為布里淵增益介質(zhì)，當(dāng)輸入光載波功率為70 mw時，微波光子信號獲得了3.3 8 dB的射頻增益，有效地減少了濾波后的微波光子信號的光載波功率，實現(xiàn)濾波器中心波長和光載波波長的自動匹配。 光通信系統(tǒng)中相位調(diào)制信號研究的發(fā)展，要求合適的波長轉(zhuǎn)換技術(shù)

7、作為支撐，F(xiàn)WM由于對光纖中克爾非線性效應(yīng)的迅速反應(yīng)而滿足全光系統(tǒng)中波長轉(zhuǎn)換的要求。在色散平坦的PCF中，F(xiàn)WM的相位匹配條件更容易得到滿足，有益于提高FWM的波長轉(zhuǎn)換帶寬。因此，論文提出了一種基于高非線性色散平坦PCF中FWM的波長轉(zhuǎn)換器。PCF中出現(xiàn)SBS會降低FWM的效率，論文在研究SBS的基礎(chǔ)上，通過選取合適的泵浦源抑制了PCF中的SBS，實現(xiàn)了1 00 nm的波長轉(zhuǎn)換帶寬，接近利用PCF中FWM實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換的最大帶寬。實驗證明