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重师庆范学学大 报（自然 学版科 ,-）./102-3 54-06706 89/-1: ;20 （ 9?1.>/1 2&@’80@’）
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受激
里布渊射对光散纤的影分响
析佳菊，梁魏一平戴，特力
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重庆师（大范学物理 电子与程学工院 重市高校光学庆程工重实验室点，庆重I## IG #）摘 要 ：纤光的受中 J/激22-.808 射散其及响是设影计光纤光激必器须虑的问考题本文。对受 激J/822-8.0散 射的原理， 光激光器纤中 /8J22-8.0 射的散值， 阈某在些应用中抑制J /228.80-散射 的方法 光纤，中 /J822.-0 散8射特的性， 以这些及特 性布里渊在光纤放器大 布里、光纤渊光激器、 里渊布光纤传感器、 里布渊光相纤共轭镜位， 里渊布光纤脉限幅及冲 脉宽缩部压、 布里件光纤陀螺渊 受激布、里渊散 射 （&J） 的&慢光存缓器、受激 里渊微波布子光号系统等方信面应用的等 行了较进全为面的述阐 为一，需要些考 &J& 虑效应的纤器件光的计提供参设考 关键。词：光纤激光 ； 受激布器渊散里；射 里渊频移布；相干 波声 中分类图： 号K9I" *献标志码： L文 ! !! 文章编号：$ EGD E"%HE（ " $#$ #+） D#E#D*#+
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! 近些年来， 随 光着纤传容输及量输出率功日益增 大， 纤激光器光、 光放大器、纤 光滤波器纤 光、传纤感 、器 纤光密集分复用波（ M NO M） 器设计中，件更 多地考虑到 非性效线应作的用非。性线效应相对 于传输损耗为影响成统系性质关键因素。的非在性 线效中应 ，于由受布里渊散激射（ &&J ）阈的比较低值，一般在 毫数量级瓦 性应效 。 自$E% 年 P)I Q 4)851 -人等次首察观了 &到J& 现后， 许 多 象 对人 J&&进 行了 理 和论 实验 上 的 究。研由光纤于芯非常小， 纤一为般几微米至几微 米量十，级再 上加输传率功高 ，相互用作离长距原因等
［+D E ］容很在易纤内光产生 部&& 效J应。 特在光别 ［纤 $I D］
该
干相声引波起质介折射率的期周" L 的相干声波 。性 制，调从而形 成折射率栅光 这种。学声栅对泵浦光 光的布格拉衍 射 泵使 光浦 散射 同，时生频率产为 !（S !" L）的散射 波 光 斯（克斯托谱） 线 泵浦。光 与波间的散射声获可指得型数益增，同 散射过程时也 使得声增强， 波从形而成反馈正过。程只有 射光入强 度超一过定值（ 阈值 时）才能发生述现象上 ，种具这［
G］ 有 受激射发特性的里布散射称渊为 J&&。 &J对
&
， 成光为纤中容易发生非的
线理论的研究大多中在布集渊频移里、& &J阈 值 增、 谱益线、带 等方面。宽$ " 布$渊频移 从里子力量学观点来，看光 中纤的&J & 可以解 为理浦泵、光斯 托斯光通克
过声波进的非线性相行互作用 ，这个过程必须 满能足量和量动恒， 所以守这［
*］ H 个波的频 率波和矢足如下满系关
激器中， 光随泵着功率的浦提高 除，在了制的高非特 线光纤 性 （RS9T ）中明显有非线的性应效外， 以 在通单普模纤光中也引会起&J 效应。&这得相当 一使部分浦泵会光为因向 J/8反22.-8 散0射而耗损 ， 制了限光纤的出功输。率前目针不对同应的用目，的 抑 &制&J 或加强 J&& 都是值得究研方向。
的
L #" !S ! !J!L U "S V（ V " J） 其中 "S "和J 别分是浦泵和布里光散渊光射波 矢的 !，L 是 声波波矢的。波的声率 " L频和 矢 波! L 满色散足关系 "L U# LL #! L是 介中的声波质度速因为 " 。S 和 "J 几乎相等 ，所 以布渊频移里以可似近示为
$表理论 析分
频为 率 S! 的泵浦通光过种介质 （某气体、 液体 和固体），时 通过电致会伸缩介在内产生质率频
为
!收
稿日： "期#$$ DED $#!+ !网络 出版时间：" $#D #$D%$G !$HW %W+## 助资项目 重庆市高：校新项目 创 9（- )"$##$ ）H； 重市庆校光学工高重点实验程项室 目 （-)9 G## ）+ 作者简介：魏 佳菊，女， 硕士 研究生， 研 究方 向 为光纤 栅 光光纤及激 光 的 器制 作 ； 通 作者： 讯 梁 平一，XD:18 ： 22810?688(0?26( Y1?-5-) @:- )0@ 网出版络地址 5：>>(：F F ZZZ) @0[8) 0 > F’ @:[ =F \>182’ F +# )$E+) $) "9#$#$%G)$ $H%)+ "$##+)$ *E]$I)#5>:
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第)期B B B BBB B B B B B BB
魏佳菊 等： ，激受里布散射对渊纤的影响光析
C分5
$ ! #" ## #也 可以成写用率表示频的式形!! !""! " # !# ""## !中其 ## 是泵浦 光的长波， #是介质的射率。 %& "折’( ’值阈 "! !多许文献从’ ’( 合耦程方手， 研着光纤究输 功出率及里渊散布功射与率输功率的入关， 系从研而
［ )%* + 究了］’ ’( 阈 ，值 用一个单简公式的可以概为括
制
(’，’下 概述一面些抑 ’制(’的 法：方 ）使用%度或应温等力方法宽展增益。王谱春
［ %0%* " ］、灿 进冷勇 等在耦人合方中加入程温场度应和
力场 ，讨论了度场和应力场温对’ ’ 阈(值的影。 计算响明， 在表’ ’( 增益的 谱（） "式引入温中度差 ，降 低纤光外面表和气空之间的对流数系5 ，冷却信号 光 出端输近的附纤， 光可增以光大纤的内温度梯， 使得 度(’’的增益谱变宽 ， 增益数降低系 提，了高 ’(’阈 功值率 ，进抑而 制(’’。最提后出了一种综使 合用温和度应梯度力方案， 的在际实操可的作围内范将 功率高单拉曼频光纤放大 器 （A!@）的输 功出率 高了提+ 倍 。
$- ! % ,, -&. //’ ( ( ) .//
%）
其中（$ , -为 布里散渊射阈，值 .// 为&纤有光截面积，效 ( 为布里渊增益(数系， 一般用可个一洛兹伦
函数 表示 为!’ ’ ("（ "） （$"* + !" ） ,!" ’ ’ (0 为(里布渊射散峰值益系增数 ，! (’ ’为射线宽， "散* （( (" * ） !( 为0射散频，率光纤 有效度长 ) /. /可 " 为&里渊布频移 表，为示 （% +.12 （ + $ )） ） )/. ! / ) $为纤长光。度 %,- 为阈 增益值$ 为纤的光损耗数系， 数，系 近似可示为表% ,-" 34
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图% B布渊阈里值益系数与光纤长度的增关
"系 为尔波曼常兹，数 为.对温绝度 ，% 声为子减速 率衰 %， 布里为放大增益渊子因 可， #" 为泵浦频率， 光示为表 % ! ( (/ )（ .//， /（# 0） # ）0泵浦是输端入功的［
+% ］ ［+］ ，般一 % "" % 由。（ %）式 可阈知增值系益 数 率% ,- 与多因素有许，关图 %为 阈值增系益数% ,- 随光
纤"
）相调制法位光纤中的 ’。( 阈’值泵跟光
浦 %) ［］的 线有宽关 ，对 有于个泵浦多频率分的量情况
，各个频率之当间的距离远于布里渊大增谱宽时，益 (’’ 阈值仅取于功决最高率频率分的，量因此通 过相 调位使制泵光功率分散在浦同的不频率量分，上 以可有效地提高 (’’ 阈。已有值献报文道采对用泵浦 光行相位进调的方制法，将光 率功散到多分 频个分量率来上达这到一目。的青等人王提出种二
［ %C ］一 次调相的方 法 ，已在 "有 :9 ;相位制的调品光
商
度的变长 化 系关， 里的计算参这数泵浦为波光长则频率 为 0 ! 1 #’ ## ， 1 光是速， 模单 光# #! 5) 47，6纤 场直模径 !2 5 "，7 里布渊频 "移 ! %%8 :9;，布 绝 对度温. ! 里渊 增峰益 值( 0!" - 0% %% 7 ， 声+子命 寿.( ! %0 4?， 子声减衰率速 !%% ’ . ， (纤光衰减系数 $!% 3 ) - %0 + + +% 。7 图由 可以 直%地观看出其他当参数定一 光，长度足够纤长， 时阈［
" 4+ %$ ］ ，值益增数 系% ,-趋近一 个常数， 般取为一 %"。
源
施上 +C加) D: ;的次二相位调制 ，将高线性非 光纤 （ E#A: 的 ）(’’ 阈由值未任何调加时制 %0 F(7 的少提高至 "+到 &)F 7(，达到 了量参放的要求大 +。 ）改泵浦方变式研究。发现用采后泵向浦较 前泵浦或双向向泵浦方式有更于利抑受激制布渊
［里 %0 散射 ］另外， 光。纤参量 放大 研 究 使 都 用 脉 冲泵
" 光纤
(’ 的抑’方法
制里布渊射一散达到旦阈值 ’，’ (把绝大部分将输 入功转换为反向斯率克斯托， 这光利不提高于 系的统出输率，功更有 者会损坏系统器甚，件如 放大 中器泵浦源，的 所在一以情况些必下采取须措来施
抑
， 除了可浦达以高峰到功率之值外， 还可提高 ’(以’［
% ) 阈值 ］。
$）
选合适取的纤。光 （%从） 中式以发现， 增 大纤可芯径、 直减光小长度纤等素
因可以效有减地少
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重庆师
大范学报学 （自然学科）版C DEEF： G G HHH=IJ.KL= I.C C CCC C C CCC
第
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卷"! 的影!响。有文献报道降低掺杂度或设计浓特 殊掺光杂纤以降光场和声场低的重叠度，从 可而抑 制以!"
! #［ ］
$纤作
增益介质 采，半用体激光器连续导抽运式， 方 研究自调了9 纤激光光器的转运情况， 到得了脉冲宽度 （;17;） 激光器4输的 出冲序脉列有具复频率重低 脉宽、窄、 率功高 但输，
［ +$ ］ 的脉冲出列序够不定的特稳。点磊邢 人提等出
。
%）
其 他方。法外加隔光离器抑制!" ! 生的 反产向斯托克光，斯从而可 以护系保内统器的件多 。波成长可分以制高功率窄线宽抑纤激光器光中 !"的!， 提高极其限出功输率
#&’#［ ］(
。按
照这个理，论如
果
用采线宽多波窄光纤激长光进行相干成合， 则 可在外加不! ! "抑技制的情术况，下进一 提步光升纤 激相光合干阵成列的出输功
率［#) ］
被在调 动9 光腔激中入插声光调器 制 （@
域 $-［ 用 。］于布里由渊益增宽带很，小 用利! !"效应
可。通在系信统
还
以采用低可频信号调制源光增大以光有源效光， 或谱计合理设的信道间使隔单道信功保率在 !"持 阈!以值， 从下避免 !"而 串!。音此，外偏振复用 技术 可以也制 抑!!"
［ $* ］
。
+ 光 !"纤! 在各域中的应用领
尽 !管! 会"制限纤的光传输功率激光和的输出 功， 但率因为纤 !"!光具有 阈值功率、 低超线短 增宽、 较益的转换效率等优点，高 所以它应的也相用当广 泛光。纤的 "! 主!用于要如下域： 领）# 里布渊光纤大器。光放纤!"! 放具有大极高 转换的率，效 因可用而光放大领域。于用布里利渊 光激产生种器子的光布渊里放器大能够现实高 稳、定 低相 对 强 噪度 声 的 光 激放大 输出 特性， 云漆
［# ］$等人 研了采究用中波心为 长#*, -./ 光谱、 凤
产生线多波长线宽窄光激 线，型腔认为被更易容现实
$［*］ ［ $%
］ 胡。玲 等妹人研了究多 长光纤波光激结器构
基
于"! !应的 9 开关机制， 用激光二极效泵浦掺 管B 的双包A激光器层产了生波长双定稳冲。脉鸿谌
［) ］#等人 作了一制个于 !基! "效应全光纤的构结伟
线宽窄双波长激器，光其 长间隔波 *为 *,=. / ，输 出功率为 = % -， 光’7光换转效为 %*率8。 ）+ 光纤感器。普传通单光模的纤里布散射渊光 ，其 频移是温或度应变的数，函 因此过检通布测里
［$ ,］ 渊移可得到沿频纤光布分温的度或变 。应距长
为 $* 0宽21 、振消光偏比（ 34 5） 高 于$* 6 的单" 线偏振分频布式馈光纤激反光做种器子，源利 种用子注入 主振功率荡纤光大技术放 通过，级两级放联大 实现了 $( #7 高率单频功、 偏线振、近 射极衍单限 模 续连激 光 输 出，主 放 大器 光 光 效’率 达 到 (+8， 453 于高 $# 6 "。他在们验中采试用分 段温 控 技 ，术有 地提高效了光中纤受的激里渊散布射（ ! "!） 阈值 ， 个这究研为一进提高泵步功率获浦得更高的放大 激光出输来了带望。 希）$布里渊 光纤激器光。为布作里光渊纤大 放的扩器展 国，外内布对里渊纤光光激进器了大行量 究。研纤中的光 "! !效应的9 关开利了用纤中光 背向的激受布里渊射散现象 当满，一定足条时， 件可以 背向散使射光为成比稳较的定脉光冲，而 且反 散射脉向光冲般为一 .:量级 ，这相当于 光激腔的 9值 极在短间时长了几增个数级量， 而从到周期性起 变腔 改 值的9的
目［ $$ ］
离
布渊里射分散式布纤传光器有光感时分析域和 光域反时计射种结构， 两虽然里布渊光时反射域具计有单端 光信号理的处优，点但 传感长其受度限于微 的弱自布里发渊射散而布里。光渊时分域析采的 用是强的 !较"! ，具有更距离长传能力感 但，存在激受布 里散射信号的偏振相渊性问题关，会 造成测探信号随偏振状 的态机随波，动因 难以得此到定稳的布里渊 光频移信息。实布现渊光里域分析时一个的 关键是生产传感所需频的移探光。测 江浙大采学线用宽小于
散。福云吕
［- #］
等
人利用模单光纤
的背
!"向! 和光纤栅的光频特性选 ，掺铒用单模光
第!
P期 P P P P PP P PPP P
P魏菊，佳等： 受激 布渊里射散对纤的影光响析分
%
(光频射移， 从而现了实 ! "#$ 普单通模光纤布的里 渊光时分域，析在 "% $ 间分空率下达到约辨 & 的’ 度分温率
辨 ［&()*"
］
通信网
的络好憧憬美， 速光慢减已经成目前的为 研的光 究慢热点 ，特是别基于受激里渊布射散（ -, ,
［） ］ 研&究已引起泛关注 。基广于, - ,的慢器光件
需。
［
*% ］
+ 光）相位纤共轭。镜,,- 相共位轭镜于用光激 振放荡大 （. 01/ 系）中统 ，可以补 偿统激光系传统由 放大器于活介质激诱热导相的位畸变降的输 出低光束质和亮量度石英。光纤中的 ,-, 相共轭 位镜具高反射有、 高灵敏度率保和真， 度且通选过适 当的择芯可将径 ,-,阈值 作范围工调整可到获的
得 *［& ］ 人等指选择出 脉较功率。冲于基上以点优，周涛
要
-, ,增益谱够宽，足增 益够大足， 以使号信延的 量迟， 同时降大低号信因窄增带而导益致的畸。 变-, 的慢,光现实可用设计构造高性能于的光全延 线迟 、光全缓存器和进全行数光据理， 还可用于处计 制造设物生医学广中泛应的用干测量涉，仪另外在 量子学光等领域也重有要的用应 。慢光存器具有室温缓行，运阈 值功率，低 可以 工于任作何波长， 相对延时间大，迟 和现代通信系统互
&" ］［ 相容兼 ，是当 最前有能可成为适于用通光信信号
的长端光纤长度后以适及的当度区规格的锥锥光度纤可 得获稳定可的靠高较激布受渊散里射能量射 反和输出能量率，还 可用高功于率激光统中系的冲 脉压缩。因此， 纤光相共位轭应用于可冲脉泵浦，具 有 高值峰功的率主动被或调动2 光系统、 激续波泵连浦 重及运复调转 2光系统激 。! ）里布渊光脉冲限幅纤脉宽及压缩。浦泵脉 能量高冲 ,-于 ,产生值阈后， 透射脉峰冲受限值， 脉被宽缩，压 泵浦光且能越量大， -, ,应越效严，重 从而使得输能量趋于出和，饱这使得 脉光输出冲功［
］3 很率大程地受度限。制吕 等人从耦合波兰程出
方
实化用缓的慢存方光。案5 ） 在波光子微号中的信应用。将波微号调信制 到载波的光纤微波传光输（ /6 7） 统系有具大 量容、低 损耗 、成低等本特点， 在线无接、 宽带移动 通入信有中广着泛的用应前景由。于光纤的 ,中- 具有阈值,、低 益带宽窄且具增方向有等特性已
［点* )*! ］4 、 输、传处 等理面得方 微波在光信号子的产
到了生泛广的用应 是实现，全 6光7 系/的一个统有 手段。 力-, 增益谱,的用作相当一于带有增益个的光 带滤窄器波 而微，波光子信号具有常明确非载的波 边、 的带区 分， 因此 ,- , 作用于 微光波 信 号 常非
合［ *(］ 适 。 于微波对光信子号，, ,-一般 两有种用应方
， 模发拟了光中纤瞬态受布里渊散激射程的过传 输特性光， 指光纤系出统纳对激秒具有很光的好光 幅限及脉宽缩特压。 性） 4光
纤陀螺布里。光渊陀螺纤的理原［
&4， **
］：
当
入到射光纤中光的超强光纤过的里布渊阈值时 由 于电，伸致效应缩， 在会纤中光生产运声动波，这种 运动 声的存在波导了致受布里激渊散 射（, , - ）的 生产。两束当泵光浦时沿同相反方入射向到环形谐 腔振时， 会产生两中与束运光方抽向反相布里渊光，的若环 形谐腔振止， 静两布束里光的渊频相率； 当同 形谐环振沿腔某一向方以速角发度生旋时转，则 生 的两束布里产渊之间光存在会比的频正率。差将束 两里布渊光合使并其生产频，拍测 量 -,,光的 拍频 即可到得系的统角速。度 里渊光纤陀螺布为第作代的光三纤陀，螺 有具 结简单， 零部构件少 牢固稳，定， 冲耐和抗加击速度能 力，强 使寿命用，长 敏度灵和辨率高分，原理 可 瞬间启动上 动，范态大，围价 格低， 积体， 小重轻等多量种 优点 代，了光表陀螺纤高精和小度型的发展化
方［* + ］向 ， 因 而实用义意重大 ，被能泛广应用于空、 航
式汽： 是利用泵一光浦控制来托克斯光的斯益增（使 ,-用 ,增益）谱 ， ； 二是利斯托克用光来控斯制浦泵 光损的 耗 使用（,- ,损耗的） 光纤 谱,,-还有其他 一些的应，用 激光光束合如束器 ［
］&［ &" ］、 在相光传干输的光电相中位锁等定 总
。之，
随 激光着与纤光术技进的步一发， ,展-, 将表 出现大、 更更广的应用前景阔。
+
论
结纤布里渊频光移和, - 阈,的理值及实论验研 方兴未究艾 ，要主中集在抑制对 ,-, 方的法和,- ,在 光纤放大、器 光激器 、感传等领器域的些重一要 用应方，面 些方这面的研究还继续深在入。文本对目 前研的现状进究行综述了 为，一需些要考虑 -, 效 ,的应光纤件器的设计提供了一定的参。 参考文献：
考［ %］89 9: ， ;=$ ?;A@=AB9C 9EDE9FH GA=@ GI=FB C=) J9ED CK：LCGAM9C HAK K=HCKLCAGCCM9 EH@DN= M NFICC=FOGCBB)@I =)
G车、 火、 车器机控制人 雷、达方等。 面(） 慢延迟。光着随对未来速率高容量大光
全
5;
庆师重大范学学 报（ 然自学版） 科 _J))：* CCM M,M!^’ Y&, ’_ _! _ __ __ _ _ _!" !$#%%’(!&")$(’"* #*!")(($ ［ +’］ -,)*!"# "’(. /"’&&%) 01#2 )!$3’!(，4566 5 78 ，： 99;1:9;98,
第 ? 5
卷［ +
］ 中,国激光 ，的8, \ 全光纤>窄宽双线长激波光 569器6 ，7 ; 96 （）： 8;5;18?59,［ 56 詹］，黎顾 昶， 邢照，亮 等 光,纤布里渊光激器和大放器 的究研进及其展用 应［+］ ,国中光激，569 6， 7 （8;）： @6 19@9,9［ 5 9漆云］凤 ，驰刘，周 军 等， 95,\ ?频线单振光纤放偏器大 性研特究［ + , 物］学理报 ，596 6， @>（:） ： 7@8 51@7:,8 ［ 55 岳丛建,］ 纤光光激中器全的光型纤 /开
关
［ ］+, 太 原师 范学院学报：自 科然版学，5 66 ，8 7（7） ：51888, ［ 57 邢］， 磊冯， 雪磊张，等 受激,布里散渊主射动混合调被/ 纤激光光器［ + ,］ 中国光，激5 6? 6 ，>7（ 7）： 7 ?7178,5［ 58 洪］，伟李绪 ， 友何，周等, 布里光渊纤环形光激器的展发与应 用［ +］, 中国惯性 技学术报 5，66 ， 99?（9） ： 99 >199,@ ［>5 ］E 1>>:;,［ 5 :］ 辉， 吕月王兰 吕，伟志 光纤,受中激布里散渊射的应 及用究进研展 ［ ］+, 传 器感技术 566> ，，58 （8） ： ? 16, ［9 ; 5］宋平牟 励，成志，裘 ,超 6 N% 长距离布>里光时渊分 域分析布式 光 纤 感 器传［ + ］, 中 国 激 ，光 5966 ，5; :（） 9：8:15985,@ 5? ］［翀，鲍 牟宋，平叶 险,峰布里 光时域分渊析感传器中 ,光 传技感术报，学56 69 ，57（ 5 ）： 偏控制技振的术究研 ［+］5 619658 ［,5@ ］ 宋牟， 平鲍，翀叶 峰险,基于 正交振偏制控布的里渊光时 域分析长 距离分 布 式 光 传纤感 器 ［ +］ 中,国 激 光， 695 ， 7;6 （） 7： ;>;1:;, 5［76 宋牟］平 ，翀， 鲍超, 结裘合里布渊光域时分析光和时 反域射的计分式布纤光感传器 ［+］ , 学光报学，5 966 ，6 （7）7： :>61:>,8［ 79］ 刘安玲， 为俊张 高晓明， ，等 瞬态, ;（）： ; :1:;6,; ［7 ］周涛5 ，军陈，唐淳 等, ，振荡功率主放大激器中光锥光度纤相位共 轭镜实的验研 究［+］ ,中国激 光 566> ， ，5 （78 ：） ;81988; ,［ 77］裴 成，金杨熙 ，春 汝朱德，等 ,激受布里渊纤陀光 ［ +］螺, 激光光电与学进子，展5 6:6 ，8 7 （9 9 ： >71:）, 6［ 7 8］绪李， 友何周 ，张勇，等 受激布,渊里纤光陀螺频拍稳定性 ［］+, 中国 惯技术性报学， 696 5 9，? 7）（： 7?71857 ［, > 7］"G $ ],8 （）7 88：18,@（ 转第 下: ;）
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尹经禅］， 肖晟晓 ，昌杨喜 ,于高基线非光性中纤 =
696， 9 （>5 ） ：?;:;16@,［ 7］沈 一，春 牟平， 章献宋，民等, 单 模纤光中激布里受散 射阈渊值究研［ + ］ ,中国光，激5 66> ， 57 8（ ：）8@;1 >66,［ 8］卓文，合卓俭 , 安徽锟96 AB() C 韶张， 熊冬东彩,光纤激光 受激器布渊里射的建散与 求模解［ +］, 现在电子技术 ，5 66 ，; 9; ：> ;1>,@ ［ :］ 胡姝， 玲张熹春，高春清 ， , 等包抽运掺层光镱纤光激 器 中,国光， 中激激受曼散射拉受和布激里散射渊应效 ［ ］ +56? 6， > 7（9 ： :196） ［ ,;］石 顺， 祥陈国夫，赵 卫，等 ,非线性光 学 F［］, 西安： 西 安6675 ： 95>155> ,电子技科大出版学，社［ ? ］G"3(HI G，2JK, KJ)$$(’4 ［ F］!, :)J .2, L2 M$G3N ：O-P3$ .Q(’234H()R K234 4S!’ 5，6; 6：7? ;7@9,1 ［ ］吕@月，兰 吕伟志，杨珺 ， 等, 单光模中受纤激布里渊射散 对纳秒激光冲脉的光幅特性 限 +］ , 中国［光激， 566 7 ，76（ 99 ）： @?1@965,6［ 9 6］王 春灿 ，帆张，陆玉春 ，等, 单频 功大率纤放光器大中 制抑受激里渊布散射理的分论 析［ + , 中］国激，光5 6:6 ，77（ 9 5 ）：9 76:91:7> ［,99 ］冷 进， 吴勇明武 ，胜平， 等,陈单频 曼光纤放拉大中受器激布 里渊 散 射的 抑 制 ［+］, 中 国激 光， 5 696， 7 （;@ ） 57：871775, @ 95 ］［进冷勇，刘 ， 郭驰锋少 ，, 高等功单频光纤放大率器温中 度布对分受激里布渊散射影响的［ ］+ , 国中激， 光696 5， ; （ 976 ） 5：@81985@,:［ 9 7］I4" .( EII， F"’ 4$$( F3E ， EI()% " ［98 ］ 吕福，云 翟亭爱 樊，亚仙 ，, 基于等 ］(V4J"’ % D I，L U2"#+ I, DU3"2").(’4 .$& )$24) %(&"#)2 B3(.#$#(’& !4))"3(2’U( ’ &#%(U)U(B() (")’’24)(1P%$.R#&)2." (PB213 $)*(! 44)2%4 ［R +］, + W(U)M"J2 HX2!’J$#， @@79， 9 99（9）： 9;9519 5;,? ［9 :］ 王， 青小明刘， 燕， 等王,高非线 光性纤受激中里布散 射渊的制和光抑参放大量 +［ ］ ,国激中光， 668 5 7，9 ;） （ ：651??:,6 ［ 9; ］"YD’(" S， Z2(’U3& [2， =3$’.3 2 X+， 2) ", I )#2$J2)(!"# 3)3")1 22%’ )P$ M)$ "**$3!J"4 )$
王小， 林杨春波， 等, 基受于布激渊里射效散应
第 PN 期 NN NN NN NN NN NN
魏佳
， 等： 菊受布激渊里射对光散的影纤分响
析
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重师庆范学学大 报（自然 学版科 ,-）./102-3 54-06706 89/-1: ;20 （ 9?1.>/1 2&@’80@’）
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受激
里布渊射对光散纤的影分响
析佳菊，梁魏一平戴，特力
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重庆师（大范学物理 电子与程学工院 重市高校光学庆程工重实验室点，庆重I## IG #）摘 要 ：纤光的受中 J/激22-.808 射散其及响是设影计光纤光激必器须虑的问考题本文。对受 激J/822-8.0散 射的原理， 光激光器纤中 /8J22-8.0 射的散值， 阈某在些应用中抑制J /228.80-散射 的方法 光纤，中 /J822.-0 散8射特的性， 以这些及特 性布里渊在光纤放器大 布里、光纤渊光激器、 里渊布光纤传感器、 里布渊光相纤共轭镜位， 里渊布光纤脉限幅及冲 脉宽缩部压、 布里件光纤陀螺渊 受激布、里渊散 射 （&J） 的&慢光存缓器、受激 里渊微波布子光号系统等方信面应用的等 行了较进全为面的述阐 为一，需要些考 &J& 虑效应的纤器件光的计提供参设考 关键。词：光纤激光 ； 受激布器渊散里；射 里渊频移布；相干 波声 中分类图： 号K9I" *献标志码： L文 ! !! 文章编号：$ EGD E"%HE（ " $#$ #+） D#E#D*#+
!
! 近些年来， 随 光着纤传容输及量输出率功日益增 大， 纤激光器光、 光放大器、纤 光滤波器纤 光、传纤感 、器 纤光密集分复用波（ M NO M） 器设计中，件更 多地考虑到 非性效线应作的用非。性线效应相对 于传输损耗为影响成统系性质关键因素。的非在性 线效中应 ，于由受布里渊散激射（ &&J ）阈的比较低值，一般在 毫数量级瓦 性应效 。 自$E% 年 P)I Q 4)851 -人等次首察观了 &到J& 现后， 许 多 象 对人 J&&进 行了 理 和论 实验 上 的 究。研由光纤于芯非常小， 纤一为般几微米至几微 米量十，级再 上加输传率功高 ，相互用作离长距原因等
［+D E ］容很在易纤内光产生 部&& 效J应。 特在光别 ［纤 $I D］
该
干相声引波起质介折射率的期周" L 的相干声波 。性 制，调从而形 成折射率栅光 这种。学声栅对泵浦光 光的布格拉衍 射 泵使 光浦 散射 同，时生频率产为 !（S !" L）的散射 波 光 斯（克斯托谱） 线 泵浦。光 与波间的散射声获可指得型数益增，同 散射过程时也 使得声增强， 波从形而成反馈正过。程只有 射光入强 度超一过定值（ 阈值 时）才能发生述现象上 ，种具这［
G］ 有 受激射发特性的里布散射称渊为 J&&。 &J对
&
， 成光为纤中容易发生非的
线理论的研究大多中在布集渊频移里、& &J阈 值 增、 谱益线、带 等方面。宽$ " 布$渊频移 从里子力量学观点来，看光 中纤的&J & 可以解 为理浦泵、光斯 托斯光通克
过声波进的非线性相行互作用 ，这个过程必须 满能足量和量动恒， 所以守这［
*］ H 个波的频 率波和矢足如下满系关
激器中， 光随泵着功率的浦提高 除，在了制的高非特 线光纤 性 （RS9T ）中明显有非线的性应效外， 以 在通单普模纤光中也引会起&J 效应。&这得相当 一使部分浦泵会光为因向 J/8反22.-8 散0射而耗损 ， 制了限光纤的出功输。率前目针不对同应的用目，的 抑 &制&J 或加强 J&& 都是值得究研方向。
的
L #" !S ! !J!L U "S V（ V " J） 其中 "S "和J 别分是浦泵和布里光散渊光射波 矢的 !，L 是 声波波矢的。波的声率 " L频和 矢 波! L 满色散足关系 "L U# LL #! L是 介中的声波质度速因为 " 。S 和 "J 几乎相等 ，所 以布渊频移里以可似近示为
$表理论 析分
频为 率 S! 的泵浦通光过种介质 （某气体、 液体 和固体），时 通过电致会伸缩介在内产生质率频
为
!收
稿日： "期#$$ DED $#!+ !网络 出版时间：" $#D #$D%$G !$HW %W+## 助资项目 重庆市高：校新项目 创 9（- )"$##$ ）H； 重市庆校光学工高重点实验程项室 目 （-)9 G## ）+ 作者简介：魏 佳菊，女， 硕士 研究生， 研 究方 向 为光纤 栅 光光纤及激 光 的 器制 作 ； 通 作者： 讯 梁 平一，XD:18 ： 22810?688(0?26( Y1?-5-) @:- )0@ 网出版络地址 5：>>(：F F ZZZ) @0[8) 0 > F’ @:[ =F \>182’ F +# )$E+) $) "9#$#$%G)$ $H%)+ "$##+)$ *E]$I)#5>:
2
第)期B B B BBB B B B B B BB
魏佳菊 等： ，激受里布散射对渊纤的影响光析
C分5
$ ! #" ## #也 可以成写用率表示频的式形!! !""! " # !# ""## !中其 ## 是泵浦 光的长波， #是介质的射率。 %& "折’( ’值阈 "! !多许文献从’ ’( 合耦程方手， 研着光纤究输 功出率及里渊散布功射与率输功率的入关， 系从研而
［ )%* + 究了］’ ’( 阈 ，值 用一个单简公式的可以概为括
制
(’，’下 概述一面些抑 ’制(’的 法：方 ）使用%度或应温等力方法宽展增益。王谱春
［ %0%* " ］、灿 进冷勇 等在耦人合方中加入程温场度应和
力场 ，讨论了度场和应力场温对’ ’ 阈(值的影。 计算响明， 在表’ ’( 增益的 谱（） "式引入温中度差 ，降 低纤光外面表和气空之间的对流数系5 ，冷却信号 光 出端输近的附纤， 光可增以光大纤的内温度梯， 使得 度(’’的增益谱变宽 ， 增益数降低系 提，了高 ’(’阈 功值率 ，进抑而 制(’’。最提后出了一种综使 合用温和度应梯度力方案， 的在际实操可的作围内范将 功率高单拉曼频光纤放大 器 （A!@）的输 功出率 高了提+ 倍 。
$- ! % ,, -&. //’ ( ( ) .//
%）
其中（$ , -为 布里散渊射阈，值 .// 为&纤有光截面积，效 ( 为布里渊增益(数系， 一般用可个一洛兹伦
函数 表示 为!’ ’ ("（ "） （$"* + !" ） ,!" ’ ’ (0 为(里布渊射散峰值益系增数 ，! (’ ’为射线宽， "散* （( (" * ） !( 为0射散频，率光纤 有效度长 ) /. /可 " 为&里渊布频移 表，为示 （% +.12 （ + $ )） ） )/. ! / ) $为纤长光。度 %,- 为阈 增益值$ 为纤的光损耗数系， 数，系 近似可示为表% ,-" 34
"
(
$ -
%+ "’!% ’" & /./" !( 0".%"# ) /.
/)
图% B布渊阈里值益系数与光纤长度的增关
"系 为尔波曼常兹，数 为.对温绝度 ，% 声为子减速 率衰 %， 布里为放大增益渊子因 可， #" 为泵浦频率， 光示为表 % ! ( (/ )（ .//， /（# 0） # ）0泵浦是输端入功的［
+% ］ ［+］ ，般一 % "" % 由。（ %）式 可阈知增值系益 数 率% ,- 与多因素有许，关图 %为 阈值增系益数% ,- 随光
纤"
）相调制法位光纤中的 ’。( 阈’值泵跟光
浦 %) ［］的 线有宽关 ，对 有于个泵浦多频率分的量情况
，各个频率之当间的距离远于布里渊大增谱宽时，益 (’’ 阈值仅取于功决最高率频率分的，量因此通 过相 调位使制泵光功率分散在浦同的不频率量分，上 以可有效地提高 (’’ 阈。已有值献报文道采对用泵浦 光行相位进调的方制法，将光 率功散到多分 频个分量率来上达这到一目。的青等人王提出种二
［ %C ］一 次调相的方 法 ，已在 "有 :9 ;相位制的调品光
商
度的变长 化 系关， 里的计算参这数泵浦为波光长则频率 为 0 ! 1 #’ ## ， 1 光是速， 模单 光# #! 5) 47，6纤 场直模径 !2 5 "，7 里布渊频 "移 ! %%8 :9;，布 绝 对度温. ! 里渊 增峰益 值( 0!" - 0% %% 7 ， 声+子命 寿.( ! %0 4?， 子声减衰率速 !%% ’ . ， (纤光衰减系数 $!% 3 ) - %0 + + +% 。7 图由 可以 直%地观看出其他当参数定一 光，长度足够纤长， 时阈［
" 4+ %$ ］ ，值益增数 系% ,-趋近一 个常数， 般取为一 %"。
源
施上 +C加) D: ;的次二相位调制 ，将高线性非 光纤 （ E#A: 的 ）(’’ 阈由值未任何调加时制 %0 F(7 的少提高至 "+到 &)F 7(，达到 了量参放的要求大 +。 ）改泵浦方变式研究。发现用采后泵向浦较 前泵浦或双向向泵浦方式有更于利抑受激制布渊
［里 %0 散射 ］另外， 光。纤参量 放大 研 究 使 都 用 脉 冲泵
" 光纤
(’ 的抑’方法
制里布渊射一散达到旦阈值 ’，’ (把绝大部分将输 入功转换为反向斯率克斯托， 这光利不提高于 系的统出输率，功更有 者会损坏系统器甚，件如 放大 中器泵浦源，的 所在一以情况些必下采取须措来施
抑
， 除了可浦达以高峰到功率之值外， 还可提高 ’(以’［
% ) 阈值 ］。
$）
选合适取的纤。光 （%从） 中式以发现， 增 大纤可芯径、 直减光小长度纤等素
因可以效有减地少
&*
重庆师
大范学报学 （自然学科）版C DEEF： G G HHH=IJ.KL= I.C C CCC C C CCC
第
$ (
卷"! 的影!响。有文献报道降低掺杂度或设计浓特 殊掺光杂纤以降光场和声场低的重叠度，从 可而抑 制以!"
! #［ ］
$纤作
增益介质 采，半用体激光器连续导抽运式， 方 研究自调了9 纤激光光器的转运情况， 到得了脉冲宽度 （;17;） 激光器4输的 出冲序脉列有具复频率重低 脉宽、窄、 率功高 但输，
［ +$ ］ 的脉冲出列序够不定的特稳。点磊邢 人提等出
。
%）
其 他方。法外加隔光离器抑制!" ! 生的 反产向斯托克光，斯从而可 以护系保内统器的件多 。波成长可分以制高功率窄线宽抑纤激光器光中 !"的!， 提高极其限出功输率
#&’#［ ］(
。按
照这个理，论如
果
用采线宽多波窄光纤激长光进行相干成合， 则 可在外加不! ! "抑技制的情术况，下进一 提步光升纤 激相光合干阵成列的出输功
率［#) ］
被在调 动9 光腔激中入插声光调器 制 （@
域 $-［ 用 。］于布里由渊益增宽带很，小 用利! !"效应
可。通在系信统
还
以采用低可频信号调制源光增大以光有源效光， 或谱计合理设的信道间使隔单道信功保率在 !"持 阈!以值， 从下避免 !"而 串!。音此，外偏振复用 技术 可以也制 抑!!"
［ $* ］
。
+ 光 !"纤! 在各域中的应用领
尽 !管! 会"制限纤的光传输功率激光和的输出 功， 但率因为纤 !"!光具有 阈值功率、 低超线短 增宽、 较益的转换效率等优点，高 所以它应的也相用当广 泛光。纤的 "! 主!用于要如下域： 领）# 里布渊光纤大器。光放纤!"! 放具有大极高 转换的率，效 因可用而光放大领域。于用布里利渊 光激产生种器子的光布渊里放器大能够现实高 稳、定 低相 对 强 噪度 声 的 光 激放大 输出 特性， 云漆
［# ］$等人 研了采究用中波心为 长#*, -./ 光谱、 凤
产生线多波长线宽窄光激 线，型腔认为被更易容现实
$［*］ ［ $%
］ 胡。玲 等妹人研了究多 长光纤波光激结器构
基
于"! !应的 9 开关机制， 用激光二极效泵浦掺 管B 的双包A激光器层产了生波长双定稳冲。脉鸿谌
［) ］#等人 作了一制个于 !基! "效应全光纤的构结伟
线宽窄双波长激器，光其 长间隔波 *为 *,=. / ，输 出功率为 = % -， 光’7光换转效为 %*率8。 ）+ 光纤感器。普传通单光模的纤里布散射渊光 ，其 频移是温或度应变的数，函 因此过检通布测里
［$ ,］ 渊移可得到沿频纤光布分温的度或变 。应距长
为 $* 0宽21 、振消光偏比（ 34 5） 高 于$* 6 的单" 线偏振分频布式馈光纤激反光做种器子，源利 种用子注入 主振功率荡纤光大技术放 通过，级两级放联大 实现了 $( #7 高率单频功、 偏线振、近 射极衍单限 模 续连激 光 输 出，主 放 大器 光 光 效’率 达 到 (+8， 453 于高 $# 6 "。他在们验中采试用分 段温 控 技 ，术有 地提高效了光中纤受的激里渊散布射（ ! "!） 阈值 ， 个这究研为一进提高泵步功率获浦得更高的放大 激光出输来了带望。 希）$布里渊 光纤激器光。为布作里光渊纤大 放的扩器展 国，外内布对里渊纤光光激进器了大行量 究。研纤中的光 "! !效应的9 关开利了用纤中光 背向的激受布里渊射散现象 当满，一定足条时， 件可以 背向散使射光为成比稳较的定脉光冲，而 且反 散射脉向光冲般为一 .:量级 ，这相当于 光激腔的 9值 极在短间时长了几增个数级量， 而从到周期性起 变腔 改 值的9的
目［ $$ ］
离
布渊里射分散式布纤传光器有光感时分析域和 光域反时计射种结构， 两虽然里布渊光时反射域具计有单端 光信号理的处优，点但 传感长其受度限于微 的弱自布里发渊射散而布里。光渊时分域析采的 用是强的 !较"! ，具有更距离长传能力感 但，存在激受布 里散射信号的偏振相渊性问题关，会 造成测探信号随偏振状 的态机随波，动因 难以得此到定稳的布里渊 光频移信息。实布现渊光里域分析时一个的 关键是生产传感所需频的移探光。测 江浙大采学线用宽小于
散。福云吕
［- #］
等
人利用模单光纤
的背
!"向! 和光纤栅的光频特性选 ，掺铒用单模光
第!
P期 P P P P PP P PPP P
P魏菊，佳等： 受激 布渊里射散对纤的影光响析分
%
(光频射移， 从而现了实 ! "#$ 普单通模光纤布的里 渊光时分域，析在 "% $ 间分空率下达到约辨 & 的’ 度分温率
辨 ［&()*"
］
通信网
的络好憧憬美， 速光慢减已经成目前的为 研的光 究慢热点 ，特是别基于受激里渊布射散（ -, ,
［） ］ 研&究已引起泛关注 。基广于, - ,的慢器光件
需。
［
*% ］
+ 光）相位纤共轭。镜,,- 相共位轭镜于用光激 振放荡大 （. 01/ 系）中统 ，可以补 偿统激光系传统由 放大器于活介质激诱热导相的位畸变降的输 出低光束质和亮量度石英。光纤中的 ,-, 相共轭 位镜具高反射有、 高灵敏度率保和真， 度且通选过适 当的择芯可将径 ,-,阈值 作范围工调整可到获的
得 *［& ］ 人等指选择出 脉较功率。冲于基上以点优，周涛
要
-, ,增益谱够宽，足增 益够大足， 以使号信延的 量迟， 同时降大低号信因窄增带而导益致的畸。 变-, 的慢,光现实可用设计构造高性能于的光全延 线迟 、光全缓存器和进全行数光据理， 还可用于处计 制造设物生医学广中泛应的用干测量涉，仪另外在 量子学光等领域也重有要的用应 。慢光存器具有室温缓行，运阈 值功率，低 可以 工于任作何波长， 相对延时间大，迟 和现代通信系统互
&" ］［ 相容兼 ，是当 最前有能可成为适于用通光信信号
的长端光纤长度后以适及的当度区规格的锥锥光度纤可 得获稳定可的靠高较激布受渊散里射能量射 反和输出能量率，还 可用高功于率激光统中系的冲 脉压缩。因此， 纤光相共位轭应用于可冲脉泵浦，具 有 高值峰功的率主动被或调动2 光系统、 激续波泵连浦 重及运复调转 2光系统激 。! ）里布渊光脉冲限幅纤脉宽及压缩。浦泵脉 能量高冲 ,-于 ,产生值阈后， 透射脉峰冲受限值， 脉被宽缩，压 泵浦光且能越量大， -, ,应越效严，重 从而使得输能量趋于出和，饱这使得 脉光输出冲功［
］3 很率大程地受度限。制吕 等人从耦合波兰程出
方
实化用缓的慢存方光。案5 ） 在波光子微号中的信应用。将波微号调信制 到载波的光纤微波传光输（ /6 7） 统系有具大 量容、低 损耗 、成低等本特点， 在线无接、 宽带移动 通入信有中广着泛的用应前景由。于光纤的 ,中- 具有阈值,、低 益带宽窄且具增方向有等特性已
［点* )*! ］4 、 输、传处 等理面得方 微波在光信号子的产
到了生泛广的用应 是实现，全 6光7 系/的一个统有 手段。 力-, 增益谱,的用作相当一于带有增益个的光 带滤窄器波 而微，波光子信号具有常明确非载的波 边、 的带区 分， 因此 ,- , 作用于 微光波 信 号 常非
合［ *(］ 适 。 于微波对光信子号，, ,-一般 两有种用应方
， 模发拟了光中纤瞬态受布里渊散激射程的过传 输特性光， 指光纤系出统纳对激秒具有很光的好光 幅限及脉宽缩特压。 性） 4光
纤陀螺布里。光渊陀螺纤的理原［
&4， **
］：
当
入到射光纤中光的超强光纤过的里布渊阈值时 由 于电，伸致效应缩， 在会纤中光生产运声动波，这种 运动 声的存在波导了致受布里激渊散 射（, , - ）的 生产。两束当泵光浦时沿同相反方入射向到环形谐 腔振时， 会产生两中与束运光方抽向反相布里渊光，的若环 形谐腔振止， 静两布束里光的渊频相率； 当同 形谐环振沿腔某一向方以速角发度生旋时转，则 生 的两束布里产渊之间光存在会比的频正率。差将束 两里布渊光合使并其生产频，拍测 量 -,,光的 拍频 即可到得系的统角速。度 里渊光纤陀螺布为第作代的光三纤陀，螺 有具 结简单， 零部构件少 牢固稳，定， 冲耐和抗加击速度能 力，强 使寿命用，长 敏度灵和辨率高分，原理 可 瞬间启动上 动，范态大，围价 格低， 积体， 小重轻等多量种 优点 代，了光表陀螺纤高精和小度型的发展化
方［* + ］向 ， 因 而实用义意重大 ，被能泛广应用于空、 航
式汽： 是利用泵一光浦控制来托克斯光的斯益增（使 ,-用 ,增益）谱 ， ； 二是利斯托克用光来控斯制浦泵 光损的 耗 使用（,- ,损耗的） 光纤 谱,,-还有其他 一些的应，用 激光光束合如束器 ［
］&［ &" ］、 在相光传干输的光电相中位锁等定 总
。之，
随 激光着与纤光术技进的步一发， ,展-, 将表 出现大、 更更广的应用前景阔。
+
论
结纤布里渊频光移和, - 阈,的理值及实论验研 方兴未究艾 ，要主中集在抑制对 ,-, 方的法和,- ,在 光纤放大、器 光激器 、感传等领器域的些重一要 用应方，面 些方这面的研究还继续深在入。文本对目 前研的现状进究行综述了 为，一需些要考虑 -, 效 ,的应光纤件器的设计提供了一定的参。 参考文献：
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