光纤折射率变化对布里渊声光耦合强度的影响
受激布里渊散射对光纤传输系统特性的影响
光 通 信 技 术V o l.23 O PT I CAL COMM U N I CA T I ON T ECHNOLO GY N o.1 中国电信技术类核心期刊 受激布里渊散射对光纤传输系统特性的影响α 王晖 谢世钟 谢 涌 吴小萍 孙成城 周炳琨(清华大学电子工程系北京100084) 摘要 受激布里渊散射(SB S)是光纤传输系统中一种重要的非线性效应,它限制了光纤中的光功率。文中主要讨论了SB S的阈值特性与光源静态线宽及光源调制类型的关系,并通过实验进行了验证。同时,还研究了SB S效应对系统误码率特性的影响。所得结果可为系统设计工作中考虑SB S的影响提供一定依据。 关键词 受激布里渊散射 光纤传输系统 Effect for Character istic of Optica l F iber Tran s m ission Syste m due to Sti m ula ted Br il-lou i n Sca tter i ng W ang Hu i,X ie Sh izhong,X ie Y ong,W u X i aop i ng,Sun Chengcheng, Zhou B i ngkun Tsi nghua Un iversity,Be ij i ng100084 Abstract Sti m u lated B rillou in Scattering(SB S)one of i m po rtan t non linear op tical ef2 fects in op tcal fiber tran s m issi on system,it li m its the op tical pow er that can be tran s m it2 ted th rough fiber.In th is p aper,the relati on sh i p of SB S th resho ld characteristic w ith linew idth of ligh t sou rce and m odu lati on typ es w as talked abou t,and w as app roved by exp eri m en ts.A t the sam e ti m e,w e have investigated the effects fo r b ite ero r rate charac2 teristic of system due to SB S. Keywords Sti m u lated b rillou in scattering Op tcal fiber tran s m issi on system 1 引言 在长距离光纤通信系统中,大功率半导体激光器和掺铒光纤放大器(ED FA)被广泛使用,使得传输线路中的光功率提高到很高的水平,最高点可达到50甚至100mW,这就可能导致产生各种光纤非线性效应,对系统传输质量产生较大影响。其中受激布里渊散射(SB S)因阈值较低,在窄线宽情况下可能达到仅仅几个mW的量级,而对系统的影响最大[1]。 SB S是一种在光纤内发生的非线性过程,一旦光纤中传输的光功率超过布里渊阈值,SB S将把部分输入功率转换为后向斯托克斯波,造成传输光强不稳定,从而引入噪声,影响接收灵敏度,而且SB S带来泵浦消耗,使接收端功率远小于无SB S效应时的功率,极大地恶化系统传输特性[2]。因此,在光通信系统中,必须保证进入光纤的功率低于SB S阈值。 本文研究了光源为连续光(C W)及光源 α
光纤激光器原理
光纤激光器原理 光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。泵浦源由一个或多个大功率激光二极管阵列构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。 光纤激光器特点 光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值， 光纤激光器原理图1: 峰值功率：脉冲激光器，顾名思义，它输出的激光是一个一个脉
冲，每单个脉冲有一个持续时间，比如说10 ns(纳秒)，一般称作单个脉冲宽度，或单个脉冲持续时间，我们用t 表示。这种激光器可以发出一连串脉冲，比如，1 秒钟发出10 个脉冲，或者有的就发出一个脉冲。这时，我们就说脉冲重复(频)率前者为10，后者为1，那么，1 秒钟发出10 个脉冲，它的脉冲重复周期为0.1 秒，而1 秒钟发出1 个脉冲，那么，它的脉冲重复周期为1 秒，我们用T 表示这个脉冲重复周期。 如果单个脉冲的能量为E，那么E/T 称作脉冲激光器的平均功率，这是在一个周期内的平均值。例如， E = 50 mJ(毫焦)，T = 0.1 秒，那么，平均功率P平均= 50 mJ/0.1 s = 500 mW。 如果用 E 除以t，即有激光输出的这段时间内的功率，一般称作峰值功率(peak power)，例如，在前面的例子中E = 50 mJ, t = 10 ns, P峰值= 50 ×10^(-3)/[10×10^(-9)] = 5×10^6 W = 5 MW(兆瓦)，由于脉冲宽度t 很小，它的峰值功率很大。 脉冲能量E=1mj 脉宽t=100ns 重复频率20-80K 脉冲持续时间T=1s/2k=？秒 平均功率P=E/T=0.001J/0.00005s=20W P峰值功率=E/t 激光的分类： 激光按波段分，可分为可见光、红外、紫外、X光、多波长可调谐，目前工业用红外及紫外激光。例如CO2激光器10.64um红外
光纤最终版
4一阶跃折射率光纤，纤芯半径a=25μm，折射率n1=1.5，相对折射率差△=1%，长度L=1km。求：（1）光纤的数值孔径NA；（2）子午线线的最大时延差 （3）若将光纤的包层和涂覆层去掉，求裸光纤的NA和最大时延差 答：（1）NA=sin max=≈ ∴NA≈1.5≈0.212, (2)△=≈△L/c ∴△≈(1)/=s=50ns (3)NA=sin max= ∴NA=≈1.118，，不符合物理意义∴NA=1 △=≈（）==2.5μs 5.在半导体激光器P-I曲线中，那些范围对应于荧光？那段范围对应于激光？ 纵轴：输出功率 横轴：激光器驱动电流 受激辐射：激光输出自发辐 射：荧光输出 当注入电流较小，小于阈值 电流时，对应荧光。当注入 电流达到阈值之后，对应激 光。 2、一个Ge二极管，入射光波长m，在这个波长下吸收系数 0.05,m，它所能得到的最大的量子效率为多少？ 解：= 当越小，y越大，
12、一半导体激光器，谐振腔长L=300m ，工作性质的损耗系数，谐振腔两端 镜面的反射率 =0.33×0.33，求激光器的阈值增益系统 。若后镜面的反射率提高到 =1，求阈值时的增益以及阈值电流的变化。 答：已知L=30=0.3mm = =0.33×0.33=0.1089 由· =1 = =3.695+ 即=4.695 当=1 =0.33×1 由 · =1 = =1.848+ 即 =2.848 ∴ 变小，阈值电流也变小 11、半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs 材料的=1.43eV ， 某一InGaAsP 材料的 =0.96eV ，,求它们的发射波长。（eV 是能量单位，表示一个电子在1 伏特电压差下所具有的能量） 答 5.一拉通型APD ，光在入射面上的反射率R=0.03，零点场区厚度很小可以忽略，高场区和π区的厚度之和为35μm 。当光波长λ=0.85μm 时，材料的吸收系数14105.5-?=cm α，求：(1)量子效率；(2)APD 的平均雪崩增益G=100，偏压下每微瓦入射光功率转换成多微安电流？ 解：(1))1()1(1 αωαωη----=e e R 01=ω %97)1)(1(=--=-αωηe R (2)v h e P IP R 0 0η== 97.0=η w A h e h e R C v μμληη/66.024 .185 .097.000=?=== 5.某线路速率622Mbit/s 的光再生段，其光接口各部分的参数如下：①光源为MLM 激光器， 发送功率(最坏值)为-3dB ，光纤均方根宽度为2nm ；②光缆衰减系数为0.33dB/km ，光纤活动连接器损耗为0.2dB/个，光纤熔接接头损耗为0.1dB/个，光缆平均敷设长度为2km ，光纤色度色散系数为2.2ps/km .nm ；③光接收机灵敏度(最坏值)为-28dBm 。若光缆富余度取0.05dB/km ，请确定该再生段的最长传输距离。 解：损耗受限最大传输距离
《光纤通信》习题解答
第1章 1.光通信的优缺点各是什么？ 答：优点有：通信容量大；传输距离长；抗电磁干扰；抗噪声干扰；适应环境；重量轻、安全、易敷设；保密；寿命长。 缺点：接口昂贵；强度差；不能传送电力；需要专用的工具、设备以及培训；未经受长时间的检验。 2.光通信系统由哪几部分组成，各部分功能是什么？ 答：通信链路中最基本的三个组成部分是光发射机、光接收机和光纤链路。各部分的功能参见1.3节。 3.假设数字通信系统能够在载波频率1%的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55 μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？ 答：5GH z×1％/64k＝781路 （3×108/1.55×10-6）×1％/64k＝3×107路 4.SDH体制有什么优点？ 答：主要为字节间插同步复用、安排有开销字节用于性能监控与网络管理，因此更加适合高速光纤线路传输。 5.简述未来光网络的发展趋势及关键技术。 答：未来光网络的发展趋势为全光网，关键技术为多波长传输和波长交换技术。 6.简述WDM的概念。 答：WDM的基本思想是将工作波长略微不同，各自携带了不同信息的多个光源发出的光信号，一起注入同一根光纤，进行传输。这样就充分利用光纤的巨大带宽资源，可以同时传输多种不同类型的信号，节约线路投资，降低器件的超高速要求。 7.解释光纤通信为何越来越多的采用WDM+EDFA方式。 答：WDM波分复用技术是光纤扩容的首选方案，由于每一路系统的工作速率为原来的1/N，因而对光和电器件的工作速度要求降低了，WDM合波器和分波器的技术与价格相比其他复用方式如OTDM等，有很大优势；另一方面，光纤放大器EDFA的使用使得中继器的价格和数量下降，采用一个光放大器可以同时放大多个波长信号，使波分复用（WDM）的实现成为可能，因而WDM＋EDFA方式是目前光纤通信系统的主流方案。 8.WDM光传送网络（OTN）的优点是什么？ 答：（1）可以极大地提高光纤的传输容量和节点的吞吐量，适应未来高速宽带通信网的要求。 （2）OXC和OADM对信号的速率和格式透明，可以建立一个支持多种电通信格式的、透明的光传送平台。 （3）以波长路由为基础，可实现网络的动态重构和故障的自动恢复，构成具有高度灵活性和生存性的光传送网。
光纤激光器工作原理及发展
光纤激光器的工作原理及其发展前景 1 引言 光纤激光器于1963年发明，到20世纪80年代末第一批商用光纤激光器面市，经历了20多年的发展历程。光纤激光器被人们视为一种超高速光通信用放大器。光纤激光器技术在高速率大容量波分复用光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现出广阔的应用前景和巨大的技术优势。光纤激光器有很多独特优点，比如：激光阈值低、高增益、良好的散热、可调谐参数多、宽的吸收和辐射以及与其他光纤设备兼容、体积小等。近年来光纤激光器的输出功率得到迅速提高。已达到10—100 kW。作为工业用激光器,现已成为输出功率最高的激光器。光纤激光器的技术研究受到世界各国的普遍重视，已成为国际学术界的热门前沿研究课题。其应用领域也已从目前最为成熟的光纤通讯网络方面迅速地向其他更为广阔的激光应用领域扩展。本文简要介绍了光纤激光器的结构、工作原理、分类、特点及其研究进展，最后对光纤激光器的发展前景进行了展望。 2 光纤激光器的结构及工作原理 2.1光纤激光器的结构 和传统的固体、气体激光器一样。光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器(LD)，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后．最终形成稳定激光输出。图1为典型的光纤激光器的基本构型。 增益介质为掺稀土离子的光纤芯，掺杂光纤夹在2个仔细选择的反射镜之间．从而构成F—P谐振器。泵浦光束从第1个反射镜入射到稀土掺杂光纤中．激射输出光从第2个反射镜输出来。 2.2 光纤激光器的工作原理 掺稀土元素的光纤放大器促进了光纤激光器的发展，因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。当泵浦光通过光纤中的稀土离子时．就会被稀土离子所吸收。这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，从而实现离子数反转，反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态，并且释放出能量，完成受激辐射。从激发态到基态的辐射方式有2种：自发辐射和受激辐射。其中，受激辐射是一种同频率、同相位的辐射，可
调Q光纤激光器结构示意图和MOPA光纤激光器结构示意图.
调Q光纤激光器和普通的调Q激光器一样，都是在激光谐振腔内插入Q开关器件，通过周期性改变腔损耗，实现调Ｑ激光脉冲输出。Ｑ开关是被广泛采用的产生短脉冲的激光技术之一。 现状： 调Q光纤激光器在许多领域都有着广泛应用，大功率是调Q光纤激光器的一个发展方向。全光纤化也是调Ｑ光纤激光器发展的一个重要趋势，人们陆续研发出一些全光纤的Q开光来代替传统的声光与电光调制器，大大地降低了激光器的插入损失。 用于光纤激光器的调Ｑ技术大致可以分为光纤型调;和非光纤型调Ｑ两类。非光纤型调Ｑ有光调Ｑ、电光调Ｑ、机械转镜调Ｑ和可饱和吸收体调Ｑ等。 非光纤型调Ｑ： 1.声光调Q激光器：
2.电光调Q激光器：
3.可饱和吸收体调Q激光器： 光纤型调Q装置 光纤型调Q装置有光纤迈克尔逊干涉仪调Q、光纤马赫
一曾特尔干涉仪调Q和光纤中的受激布里渊散射（ＳＢＳ）调Ｑ光纤激光器等。下面介绍混合调Q和脉冲泵浦受激布里渊散射混合调Q光纤激光器。 混合调Q光纤激光器 如图所示 得到了峰值功率3.7KW，脉宽2m的脉冲激光输出。 实验中选用掺钕双包层光纤作增益介质，光纤长7.2m,纤芯直径5.1um,数值孔径0.12。内包层为矩形结构,截面尺寸150um*75um。 泵源为800nm、3w激光二极管，有60%的泵光祸合到内包层中。 系统由一个全反镜和一个二向色镜构成驻波谐振腔。在双包层光 纤的输出端接几米长的单模光纤,实现调Q ,得到纳秒量级的激光脉冲。在腔内插人一声光调制器(AQM),使激光脉冲重复频率在6.6KHz-16.4KHZ范围内可调。 脉冲泵浦和受激布里渊散射混合调Q : 在线形腔双包层光纤激光器中,用脉冲泵浦和SBS混合调Q 。 如图所示
《光纤通信》试题计算分析题练习
要自信，绝对的自信，无条件的自信，时刻自信，即使在错的时候！！！ 《光纤通信》计算、综合、分析练习公布 精选精炼+课后精讲（QQ在线讲解） 张延锋 2014/8/1 忍人之所不能忍，方能为人知所不能为！！！
计算、综合、分析题练习 1. 一阶跃折射率光纤，纤芯折射率n 1=1.5，相对折射率差%1=?，工作波长为1310nm ，试计算： (1) 为了保证单模传输，其芯径应取多大？ (2) 若取芯径m 5a μ=，求其数值孔径及其模式数。 2. 设PIN 光电二极管的量子效率为75％，渡越时间为10ps 。问： (1) 计算该检测器的3dB 带宽； (2) 计算在1.3um 和1.55um 波长时的响应度，并说明为什么在1.55um 处光电 二极管比较灵敏。 3.已知阶跃型光纤的n 1=1.5，△=0.5％，工作波长λ=1.31μm 光纤中的导模M=2求： (1) 光纤的数值孔径NA 。(2分) (2) 全反射临界角θc 。(3分) (3) 光纤的纤芯半径a 。(5分) 4. 一个GaAsPIN 光电二极管平均每两个入射光子，产生一个电子－空穴对，假设所有的电子都被接收。 (1) 计算该器件的量子效率； (2) 设在1.31um 波段接收功率是10－7W ，计算平均输出光生电流。 (3) 计算这个光电铒极管的长波长截止点λc （超过此波长光电二极管将不工作）。 5. 某SI 型光纤，光纤的芯径d=2a 为100μm ，折射率n1=1.458，包层的折射率n2=1.450，在该光纤中传输的光波的波长λ=850nm 。 （1）计算该光纤的V 参数； （2）估算在该光纤内传输的模式数量； （3）计算该光纤的数值孔径； （4）计算该光纤单模工作的波长。 6. 有一GaAlAs 半导体激光器，其谐振腔长为300m μ，材料折射率n=3.0，两端的解理面的反射率为0.35。 (1)求因非全反射导致的等效损耗系数。 (2)求相邻纵模间的频率间隔和波长间隔。 (3)若此激光器的中心波长λ=1310nm ，与此相应的纵模序数。 7. 设140Mb/s 的数字光纤通信系统，工作波长1300 nm ，其他参数如下： 发射光功率为-3dBm ，接收机的灵敏度为-38 dBm （BER=10-9），系统余量为4 dB ，连接器损耗为0.5 dB /个，平均接头损耗为0.05 dB/km ，光纤损耗为0.4 dB/km ，试计算损耗限制传输距离。 8. 分光比为3：1的定向耦合器，假设从输入口0输入的功率为1mW ，从输入口0到输入口1的插入损耗为1.5dB ，求两个输出口的输出光功率。
单模光纤中受激布里渊散射阈值研究
文章编号:025827025(2005)0420497204 单模光纤中受激布里渊散射阈值研究 沈一春,宋牟平,章献民3,陈抗生 (浙江大学信息与电子工程学系,浙江杭州310027) 摘要 分析和讨论了受激布里渊散射(SBS )阈值计算的Smith 模型和K üng 模型,研究了更为准确估算光纤中布里渊散射阈值的方法,通过布里渊增益系数与光纤长度的关系,发现对于较短长度光纤,其布里渊增益系数随着光纤长度变化范围较大,仅在长距离光纤时,布里渊增益系数才可以近似为常数。实验测量了25km 单模光纤的受激布里渊散射阈值,推导出用布里渊时域反射仪(BO TDR )测量受激布里渊散射阈值计算公式,最后用布里渊时域反射仪测量了不同长度光纤受激布里渊散射阈值,实验结果与理论分析吻合。关键词 光电子学;单模光纤;布里渊时域反射仪;受激布里渊散射中图分类号 TN253 文献标识码 A Analysis and Measurement of Stimulated Brillouin Scattering Threshold in Single Mode Fiber SH EN Y i 2chun ,SON G Mu 2ping ,ZHAN G Xian 2min ,C H EN Kang 2sheng (De partment of I nf ormation and Elect ronic Engineering ,Zhej iang Universit y ,H angz hou ,Zhej iang 310027,China ) Abstract The Smith ′s model and K üng ′s model for calculating the threshold of stimulated Brillouin scattering (SBS )are analyzed and discussed.The more exact method is investigated.The relationship between critical gain coefficient and fiber length is obtained ,which shows that the critical gain coefficient can be considered as constant only when fiber length is long enough.The SBS threshold of 25km single mode fiber is measured by experiment.Finally ,the experiment to measure SBS threshold using Brillouin optical 2time 2domain reflectometer (BO TDR )is done.The results are well agreed with the theoretical predication. K ey w ords optoelectronics ;single mode fiber ;Brillouin optical 2time 2domain reflectometer ;stimulated Brillouin scattering 收稿日期:2004202217;收到修改稿日期:2004207206 基金项目:浙江省自然科学基金(M603127)资助项目。 作者简介:沈一春(1979— ),男,江苏南通人,浙江大学信息与电子工程学系博士研究生,主要从事光纤光子学方面的研究。E 2mail :syczju @https://www.wendangku.net/doc/3118094097.html, 3通信联系人。E -mail :zhangxm @https://www.wendangku.net/doc/3118094097.html, 1 引 言 受激布里渊散射(SBS )是一种光纤内发生的非线性过程,抽运波通过电致伸缩产生声波,然后引起介质折射率的周期性调制。抽运引起的折射率光栅通过布拉格衍射抽运光,由于多普勒位移与声速移动的光栅有关,散射光产生了频率下移,形成了斯托克斯波[1]。受激布里渊散射是光纤中的一种常见的非线性现象,通常会对光通信系统造成危害[2～4]。但近些年来,光纤中的受激布里渊散射在激光器、放大器、滤波器、传感器等许多领域的应用引起了人们 极大的关注[5～9]。光纤中布里渊散射一旦达到阈 值,受激布里渊散射将把绝大部分输入功率转换为后向斯托克斯波。因而研究光纤中的布里渊散射阈值显得十分必要。Smit h 提出了布里渊散射阈值的理论估算法[10],由于当时光纤损耗较大,这样的理论估算法应用于现在低损耗光纤并不准确。传统上测量光纤中布里渊散射阈值的系统搭建比较复杂,而且不适合野外作业。C. C.Lee 等[11]提出了使用布里渊时域反射仪(BO TDR )测量光纤中布里渊散射阈值的简单方法,但使用的理论模型中将布里渊 第32卷 第4期2005年4月 中 国 激 光 C H IN ESE J OU RNAL O F L ASERS Vol.32,No.4 April ,2005
(完整版)[光纤通信]西电第二版课后习题答案
1．光纤通信的优缺点各是什么？ 答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。 缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。 2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？ 答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。 光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。 模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。光源是LED 或LD ，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。 光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。 光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN 和APD 。然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。 光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。 光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km 一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km 时，每隔2km 将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。 6．简述WDM 的概念。 答：波分复用的基本思想是将工作波长略微不同、各自携带了不同信息的多个光源发出的光信号，一起注入到同一根光纤中进行传输。 3．弱导阶跃光纤纤芯和包层折射率分别为1 1.5n =，2 1.45n =，试计算 （1）纤芯和包层的相对折射率?； （2）光纤的数值孔径NA 。 解：阶跃光纤纤芯和包层的相对折射率差为 22 122 10.032n n n -?=≈ 光纤的数值孔径为 0.38NA ≈ 5．一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在850nm 波长上可以支持1000个左右的传播模式。试问： （1）其纤芯直径为多少？ （2）在1310nm 波长上可以支持多少个模？ （3）在1550nm 波长上可以支持多少个模? 解：（1 ）由111 22V a NA ππλλ==?，得到纤芯直径为 11130.2722V a NA λλ ππ= ?==≈
双向反馈布里渊_喇曼光纤激光器输出特性_马万卓
第４４卷第３期 ２０１５年３月 光 子 学 报ＡＣＴＡ ＰＨＯＴＯＮＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡＶｏ ｌ．４４Ｎｏ．３Ｍａｒｃｈ ２０１５ 基金项目： 国家自然科学基金（Ｎｏｓ．６０９０７０２０，６１００７０４６，６１２７５０８０）资助第一作者：马万卓（１９８９－），男，硕士研究生，主要研究方向为光纤激光器技术．Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｚｈｕｏｍａ＠１２６．ｃｏｍ导 师：王天枢（１９７５－），男，教授，博士，主要研究方向为光纤激光器及空间激光通信技术．Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇ ｔｓ＠ｃｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ收稿日期：２０１４－０９－０５；录用日期：２０１４－１１－ １０ｈｔｔｐ：∥ｗｗｗ．ｐ ｈｏｔｏｎ．ａｃ．ｃｎｄｏｉ：１０．３７８８／ｇ ｚｘｂ２０１５４４０３．０３０６００５双向反馈布里渊－喇曼光纤激光器输出特性 马万卓１， ２，王天枢１，３，张鹏１，赵春英１，３，张靓１，３，刘鑫３，孔梅３，姜会林１，２ （１长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，长春１３００２２ ）（２长春理工大学光电工程学院， 长春１３００２２）（３长春理工大学理学院，长春１３００２２ ）摘 要：设计了一种双向反馈布里渊－喇曼光纤激光器，研究了布里渊泵浦对输出特性的影响．布里渊－喇曼光纤激光器由一段７ｋｍ色散补偿光纤、１ ４５５ｎｍ喇曼泵浦、可调谐激光器及双反馈环组成．喇曼泵浦功率固定在２５０ｍＷ，布里渊泵浦工作波段在喇曼峰值增益处附近，可得到较多波长数输出．随着布里渊泵浦功率增加，相邻的布里渊斯托克斯光和经背向瑞利散射的斯托克斯光之间功率差减小，同时各阶斯托克斯光平均强度增加并达到饱和．受色散补偿光纤中喇曼交叉增益影响，布里渊泵浦功率由１．８ｄＢｍ增加到６．９ｄＢｍ，输出多波长数先增后减．当布里渊泵浦功率为４．４ｄＢｍ时， 对应输出波长数最多，为３７个，波长间隔０．０７８ｎｍ．关键词：受激布里渊散射；受激喇曼散射；瑞利散射；色散补偿光纤；反馈环中图分类号：ＴＮ ２４８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－４２１（２０１５）０３－０３０６００５－ ５Ｏｕｔｐ ｕｔ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ－Ｒａｍａｎ Ｆｉｂｅｒ ＬａｓｅｒＭＡ Ｗａｎ－ｚｈｕｏ１，２，ＷＡＮＧ Ｔｉａｎ－ｓｈｕ１，３，ＺＨＡＮＧ Ｐｅｎｇ１，ＺＨＡＯ Ｃｈｕｎ－ｙｉｎｇ１，３，ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ１，３ ， ＬＩＵ Ｘｉｎ３，ＫＯＮＧ Ｍｅｉ ３， ＪＩＡＮＧ Ｈｕｉ－ｌｉｎ１，２（１ Ｎａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｌｏｃａｌ Ｊｏｉｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｓｐａｃｅ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇ ｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ）（２ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｏｐｔｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ）（３ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ａ ｎｅｗ－ｄｅｓｉｇ ｎｅｄ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ－Ｒａｍａｎ ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈＢｒｉｌｌｏｕｉｎ ｐｕｍｐ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ－Ｒａｍａｎ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ａ ｓｅｇｍｅｎｔ ｏｆ ７ｋｍ ｌｏｎｇｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｆｉｂｅｒ，１４５５ｎｍ Ｒａｍａｎ ｐｕｍｐ，ｔｕｎａｂｌｅ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌｏｏｐｓ．Ｔｈｅ ＢＰｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｍｕｓｔ ｂｅ ｃｌｏｓｅｒ ｔｏ Ｒａｍａｎ ｐｅａｋ ｇａｉｎ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｍｏｒｅ Ｓｔｏｋｅｓ ｌｉｎｅｓ ｗｈｅｎ ＲＰ ｉｓ ｆｉｘｅｄ ａｔ ２５０ｍＷ．Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｎｅｉｇｈｂｏｕｒｉｎｇ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗａｓｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ＢＰ ｐｏｗｅｒ，ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｔｏｋｅｓ ｌｉｎｅｓ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎｖａｌｕｅ，ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．Ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ－ｇａｉｎ ｉｎ ＤＣＦ，ｆｉｒｓｔｌｙ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｏｕｔｐｕｔ ｌａｓｉｎｇ ｌｉｎｅｓ ｉｎｃｒｅａｓｅａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ＢＰ ｐｏｗｅｒ ｗａｓ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｆｒｏｍ １．８ｄＢｍ ｔｏ ６．９ｄＢｍ．Ｍａｘｉｍｕｍ ３７ｏｕｔｐｕｔｃｈａｎｎｅｌｓ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｈｅｎ ＢＰ ｐｏｗｅｒ ｆｉｘｅｄ ａｔ ４．４ｄＢｍ，ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｐａｃｉｎｇ ｉｓ ０．０７８ｎｍ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ；Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｒａｍａｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ；Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ；Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｉｂｅｒ；Ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌｏｏｐ ＯＣＩＳ Ｃｏｄｅｓ：０６０．３５１０；１４０．３４６０；０６０．３５１０；１４０．３５５０１ －５００６０３０
布里渊散射分布式光纤传感器综述
基于布里渊散射的分布式光纤传感器综述 一引言 光纤传感器具有无辐射干扰、抗电磁干扰性好、化学稳定性好等优点，受到越来越多的重视。其中分布式光纤传感器（DOFS）不仅具有一般光纤传感器的优点，而且可以在沿光纤的路径上同时得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息。能做到对大型基础工程设施的每一个部位都象人的神经系统一样进行远程监控。因此具有广范的应用前景，在民用和国防诸如城市煤气管道、城市输电/通信缆线、海底输油气管道、海底电缆、水库水坝、桥梁、隧道、高速公路、大型设施等建筑物的应力温度检测方面有独特的优势，因此受到越来越多的重视。 由于分布式光纤传感器具有其它传感技术无法比拟的优点，因此成为目前传感技术研究领域的热点之一。目前对它的研究主要集中在以下三个方面：（1） 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术； （2） 基于拉曼散射的分布式光纤传感技术； （3） 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术。 瑞利散射是入射光与介质中的微观粒子发生弹性碰撞所引起的，散射光的频率与入射光的频率相同．在利用后向瑞利散射的光纤传感技术中，一般采用光时域反射（OTDR）结构来实现被测量的空间定位，基于瑞利散射的研究已经趋于成熟, 并逐步走向实用化。基于后向瑞利散射的传感技术是现代分布式光纤传感技术的基础，它在80年代初期得到了广泛的发展．然而由于该技术难以克服测量精度低、传感距离短的缺陷，目前在这方面的研究已鲜有报道．拉曼散射DOFS利用的是光纤中的自发拉曼散射光，信号微弱，较自发布里渊散射信号约低一个数量级，因此传感性能较低且难以实现几十公里以上的长距离传感；另外拉曼散射只对温度敏感，难以用于地质、建筑结构等的健康检测。而光纤的布里渊散射对温度和应变都敏感，通过检测来自传感光纤的布里渊散射光的频移和强度，布里渊散射DOFS得到沿光纤分布的温度或应变信息；并且工作于1.55μm波长附近的布里渊散射DOFS，光信号受到的衰减和色散较小，从而使得布里渊散射DOFS适合于长距离（大于几十千米）分布式传感。 虽然基于布里渊散射的分布传感技术的研究起步较晚, 但由于它在温度、应变测量上达到的测量精度、测量范围以及空间分辨率均高于其他传感技术, 因此这种技术目前得到广泛关注与研究。 布里渊散射DOFS主要有布里渊光时域反射计（BOTDR）、布里渊光时域分析（BOTDA）、布里渊光频域分析（BOFDA）三种，由于具有不同的光信号处理结构和布里渊散射作用机制，因此他们具有不同的性能特点和适用场合。另外日本的保利和夫教授提出的基于基于布里渊相关域分析（BOCDA、BOCDR）的光纤传感技术也有自己独到的地方。 基于自发布里渊散射的BOTDR，拥有单端光信号处理的优点，但由于自发布里渊散射光较微弱，传感器的分辨率和响应时间受到很大的制约。 基于受激布里渊散射的BOTDA，具有检测信号较强的优点，相对于BOTDR，传感器的分辨率和响应时间可得到有效的改善，但BOTDA一般需要对传感光纤的两端进行光信号处理，使用场合受到一定的限制。 基于布里渊光频域分析的BOFDA，和BOTDR、BOTDA相比，BOFDA同
《光纤通信》第2章课后习题答案
1．光波从空气中以角度1θ=33°投射到平板玻璃表面上，这里的1 θ是入射光与玻璃表面之间的夹角。根据投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反射，另一部分发生折射，如果折射光束和反射光束之间的夹角正好为90°，请问玻璃的折射率等于多少？这种玻璃的临界角又是多少？ 解：入射光与玻璃表面之间的夹角1θ=33°，则入射角57i θ=°，反射 角57r θ=°。由于折射光束和反射光束之间的夹角正好为90°，所以折射角33y θ=°。 由折射定律sin sin i i y y n n θθ=，10==n n i 得到 其中利用了空气折射率1i n =。这种玻璃的临界角为 2．计算1 1.48n =及2 1.46n =的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果光纤端面外介 质折射率 1.00n =，则允许的最大入射角max θ为多少？ 解：阶跃光纤的数值孔径为 max sin 0.24NA θ= 允许的最大入射角 ()max arcsin 0.24θ=自己用matlab 算出来 3．弱导阶跃光纤纤芯和包层折射率分别为1 1.5n =，2 1.45n =，试计算 （1）纤芯和包层的相对折射率?； （2）光纤的数值孔径NA 。 解：阶跃光纤纤芯和包层的相对折射率差为 22122 10.032n n n -?=≈
光纤的数值孔径为 0.38NA 4．已知阶跃光纤纤芯的折射率为1 1.5n =，相对折射（指数）差0.01?=，纤芯 半径25a m μ=，若01m λμ=，计算光纤的归一化频率V 及其中传播的模数量M 。 解：光纤的归一化频率 002233.3V a n π πλλ=?= 光纤中传播的模数量 2 5542 V M ≈= 5．一根数值孔径为的阶跃折射率多模光纤在850nm 波长上可以支持1000个左右的传播模式。试问： （1）其纤芯直径为多少？ （2）在1310nm 波长上可以支持多少个模？ （3）在1550nm 波长上可以支持多少个模? 解：（1 ）由11 122V a NA ππλλ=?，得到纤芯直径为 11130.2722V a NA λλππ=?==≈ （2）当2 1.31m λμ=，有 1222λλππ= 得到模的个数为 ()()2 21212220.8510004211.31M M λλ==?= （3）当2 1.55m λμ=，得到模的个数为 ()()2 21312220.8510003541.55M M λλ==?= 6．用纤芯折射率为1 1.5n =，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率08f MHz =
基于布里渊散射的多波长光纤激光器及分布式光纤传感研究
基于布里渊散射的多波长光纤激光器及分布式光纤传感研究随着信息容量需求的日益增长，高速大容量长距离将成为下一代全光通信网络的发展趋势。为了有效的利用光纤中有限的频率资源，频率间隔20GHz，甚至10GHz将是未来密集波分复用技术发展方向之一。 多波长的布里渊掺铒光纤激光器(MBEFL)具有窄线宽、宽调谐性、低阈值、低强度噪声、低成本，频率间隔固定，在室温下稳定的单纵模运转等特点，将可能成为未来最佳的通信光源之一。另外，布里渊光纤激光器(BFL)在光纤传感网络、频谱分析、RF等领域存在潜在的应用价值。 分布式布里渊光纤温度与应变传感器具有分布式光纤传感器优点的同时，还具有其它光纤传感无法媲美的显著特点，能同时测量温度与应变，可以应用于电力，石油化工、核电站、公路、桥梁、隧道、大坝、铁路、航天航空等各行业，受到国外内广泛关注。然而分布式布里渊光纤传感存在系统复杂，技术不成熟，成本高，测试时间长等问题而难以广泛应用。 本论文在佛山市禅城区工业公关计划，国家自然科学基金和国家863计划支持下，围绕多波长布里渊光纤激光器(MBFL)和分布式布里渊光纤传感两个方向进行初步的理论和实验研究，概括全文的研究成果和贡献，有如下几个方面：(1)根据布里渊耦合强度方程，推导出求解布里渊强度耦合方程一种快速有效近似解析方法，并数值解进行比较。分析了在四种情况下，光纤中的受激布里渊散射(SBS)阈值大小，用实验验证了光纤中的布里渊阈值与理论的一致性。 研究了脉冲形式的布里渊泵浦光在光纤中的Stokes与泵浦光强演变，对光纤中的温度或应变引起的频率失谐对泵浦光与探测光光强的影响进行仿真研究，检测出失谐处的位置与失谐量。(2)基于135m的高非线性光纤(HNLF)，利用光纤
光纤激光器的详细介绍
光纤激光器的详细介绍 光纤激光器应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接（铜焊、淬水、包层以及深度焊接）、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设，作为其他激光器的泵浦源等等。 工作原理 光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，其导光原理是利用光的全反射原理，即当光以大于临界角的角度由折射率大的光密介质入射到折射率小的光疏介质时，将发生全反射，入射光全部反射到折射率大的光密介质，折射率小的光疏介质内将没有光透过。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯、中间低折射率硅玻璃包层和最外部的加强树脂涂层组成。光纤按传播光波模式可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的芯径较小，只能传播一种模式的光，其模间色散较小。多模光纤的芯径较粗，可传播多种模式的光，但其模间色散较大。按折射菲菲内部可分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。 以稀土掺杂光纤激光器为例，掺有稀土离子的光纤芯作为增益介质，掺杂光纤固定在两个反射镜间构成谐振腔，泵浦光从M1入射到光纤中，从M2输出激光。当泵浦光通过光纤时，光纤中的稀土离子吸收泵浦光，其电子呗激励到较高的激发能级上，实现了离子数反转。反转后的粒子以辐射形成从高能级转移到基态，输出激光。 类型 按照光纤材料的种类，光纤激光器可分为： 1、晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光纤激光器和nd3+：YAG 单晶光纤激光器等。 2、非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。 3、稀土类掺杂光纤激光器。光纤的基质材料是玻璃，向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，而制成光纤激光器。 4、塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。 按增益介质分类为： a)晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光纤激光器和Nd3+:Y AG 单晶光纤激光器等。 b)非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。 c)稀土类掺杂光纤激光器。向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，(Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等，基质可以是石英玻璃、氟化锆玻璃、单晶)而制成光纤激光器。 d)塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。 (2)按谐振腔结构分类为F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器等。 (3)按光纤结构分类为单包层光纤激光器、双包层光纤激光器、光子晶体光纤激光器、特种光纤激光器。 (4)按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器，其中脉冲光纤激光器根据其脉冲形成原理又可分为调Q光纤激光器(脉冲宽度为ns量级)和锁模光纤激光器(脉冲宽度为ps或fs量级)。 (5)根据激光输出波长数目可分为单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。
光纤激光器简介
光纤激光器简介 二、光纤激光器的结构和类型 1.光纤激光器的结构 要产生激光，必须具备工作介质、泵浦源和谐振腔这三个基本条件。光纤激光器一般是采用掺杂光纤作为工作介质，以光纤光栅、光纤环形镜或光纤端面等作为反射镜来构成反馈腔。光纤激光器普遍采用光泵浦，泵浦被耦合进光纤，由于光纤纤芯很细，在泵浦光的作用下光纤内容易形成高功率密度，造成激光工作介质的能级上“粒子数反转”，再加上合适的反馈装置构成谐振腔，就能够产生激光振荡。 1.1 泵浦方式 (1)小功率LD端面泵浦.。采用一定的耦合系统将泵浦光会聚到较小的激光介质表面,可以实现激光器表面处的高泵浦功率密度,实现对激光介质的高效泵浦.这种小功率激光器的单模纤芯直径只有9um，它只能采用端面泵浦，无法承受太高的功率密度。同时单模纤芯对LD的模式提出了严格的要求，只有单模光才可以耦合进纤芯进行有效泵浦，但是大功率单模LD至今无法实现，该种结构一直局限于光通信领域。 (2)高功率泵浦.其中一个典型的结构及时采用杈纤进行侧面泵浦,其结构如图 1.2 谐振腔结构 (1)线形腔
a. DBR光线激光器. DBR光纤激光器使用两个较高反射率的光纤光栅作为反射镜，将其置于掺杂光纤的两端，构成线形激光谐振腔来增强模式 选择。 b.DFB光纤激光器. 是利用直接在稀土掺杂光纤写入的光栅来构成谐振腔的。 (2)环形腔 光纤环形谐振腔的结构如图. . 1.3增益介质 现在大部分的光线激光器都采用掺杂光纤作为增益介质。目前,比较成熟的有源光纤中掺入的稀土离子有Er3+、Nd3+、Yb3+。掺铒光纤在1.55um波长具有很高的增益，对应低损耗第三通信窗口，由于其潜在的应用价值，掺铒光纤激光器发展十分迅速。掺镱光纤激光器是1.0-1.2um 波长的通用源，Yb3+具有相当宽的吸收带（800-1064nm）以及相当宽的激发带（970-1200nm），故泵浦源的选择非常广泛且泵浦源和激光都没有受激态吸收。