Numeric Simulation of Fiber Raman Amplifier＇s Principle

为分析光纤喇曼放大器的原理,基于已有的耦合微分方程,采用数值解法,对不同抽运光强下不同长度光纤所产生的受激喇曼散射现象进行数值模拟,并对模拟结果作了详尽分析。发现：发生受激喇曼散射现象时,抽运光强和光纤长度发生兑换;能量红移现象普遍存在,包括同阶Stokes光谱内部和不同阶的Stokes光谱之间。抽运光强越大,能量红移现象越明显。此结论比文献中的实验结果更全面,对相关实验有指导作用,为光纤喇曼放大器和光纤喇曼激光器等器件的原理理解和优化设计提供了有益的参考。     

喇曼散射的数值仿真及其应用探索

为了研究喇曼散射的全过程及其规律,首先,采用数值仿真的方法,基于对喇曼散射耦合微分方程的量纲重新匹配,演示喇曼散射光谱产生及其演化的过程,给出自发喇曼散射向受激喇曼散射过渡的结果。结果表明:阈值的意义突出,阈值前后的喇曼散射光谱截然不同;抽运光强大于阈值以后,喇曼散射光谱呈现出三个典型规律,即抽运光强和散射光强峰值出现的光纤长度呈反向关系;抽运光强越大,散射光强峰值和抽运光强的比值越大;散射光谱在同级内和不同级间都存在能量红移。然后,在已有研究的基础上,总结喇曼散射的各种实际应用,特别是应用于光纤喇曼放大器的研制。对于喇曼散射的理论和应用研究以及相应的实验工作有一定的参考价值。     

光纤喇曼放大器的阈值探析

为了研究光纤喇曼放大器的阈值特性,首先由受激喇曼散射的耦合微分方程出发,采用数值模拟的方法,描述了光纤喇曼放大器中阈值的产生过程,给出阈值前后的仿真结果,强调阈值的重要性.然后在已有研究的基础上,考虑与实际情况相吻合,采用理论推导的方法,得到同向抽运和反向抽运光纤喇曼放大器的阈值公式.并且采用5种典型光纤的相应参数,对影响阈值的各参量进行了详细分析,抽运方式不同,阈值不同;同一种抽运方式中,各参量对阈值的影响也不同.结果表明,可以根据各个参量对阈值的不同影响来优化参量以降低阈值,对于如何提高光纤喇曼放大器的抽运效率以及光纤喇曼放大器的实验工作有一定的参考价值.     

同向与反向抽运光纤喇曼放大器的阈值比较

为分析同向抽运与反向抽运光纤喇曼放大器的阈值特性,基于已有的耦合微分方程,采用龙格库塔算法和打靶算法,数值模拟同向抽运和反向抽运光纤喇曼放大器中信号光功率沿光纤的演变过程,在此基础上根据实际情况推导出同向与反向抽运光纤喇曼放大器的阈值公式,这些公式比文献中的阈值公式更全面。然后,详细分析各个参数对同向抽运和反向抽运光纤喇曼放大器阈值特性的影响,并且对两种抽运方式的阈值进行比较,结果表明,各参量对同向和反向抽运FRA的阈值影响有相同的地方,也有不同的地方。相同参数时,反向抽运光纤喇曼放大器的阈值都大于同向抽运光纤喇曼放大器的值。结论对于光纤喇曼放大器的优化设计和实验有指导作用,为进一步的研究提供有益的参考。     

同向抽运喇曼放大器功率转换效率的数值分析

为了对同向抽运光纤喇曼放大器的功率转换效率进行研究,由耦合方程出发,采用龙格-库塔算法的数值模拟方法,详细分析了所有物理因素对同向抽运光纤喇曼放大器功率转换效率的影响. 结果表明,功率转换效率先随着光纤长度的增加而增加,当增加到最大值时保持数值不变;并且功率转换效率也随着初始信号光功率、光纤喇曼增益系数、信号光损耗系数的增加而增加,但随着光纤有效面积、抽运光损耗系数、抽运光与信号光的频率比的增加而减小;功率转换效率和初始抽运光功率呈抛物线曲线关系. 这对同向抽运光纤喇曼放大器功率转换效率的进一步研究以及光纤喇曼放大器的相关研究有一定参考意义.     

CW光纤喇曼振荡器的理论研究

本文从非线性耦合波理论的观点给出了低损耗单模光纤CW(Continuous Wave)喇曼振荡器(激光器)的理论模型。该模型考虑了自发喇曼散射的影响和光纤端面反射所形成的反馈影响。所得解答为正反双向受激喇曼散射(FBSRS)的稳态解析解。利用该模型计算的光纤输出端的正向Stokes光功率和光纤输入端的反向Stokes光功率与已报道的实验值吻合得很好。     

前、后向多抽运光纤喇曼放大器的增益特性分析

为了研究前向、后向多抽运光纤喇曼放大器的增益特性,在受激喇曼散射功率耦合方程组的基础上,采用龙格-库塔法结合打靶法分别计算了前、后向抽运功率、信号功率沿光纤的演化过程,并给出了抽运功率和信号功率的计算结果。结果表明,前向抽运系统中信号开始被放大,在最大处开始快速减小。低频抽运光的功率开始被放大的原因是由于抽运光之间的非线性相互作用引起的。后向抽运时信号开始被缓慢减小,然后在距离光纤末端处快速增加。这为以后喇曼光纤放大器的设计提供了重要的参考。     

前、后向多抽运光纤喇曼放大器的增益特性分析

为了研究前向、后向多抽运光纤喇曼放大器的增益特性,在受激喇曼散射功率耦合方程组的基础上,采用龙格-库塔法结合打靶法分别计算了前、后向抽运功率、信号功率沿光纤的演化过程,并给出了抽运功率和信号功率的计算结果.结果表明,前向抽运系统中信号开始被放大,在最大处开始快速减小.低频抽运光的功率开始被放大的原因是由于抽运光之间的非线性相互作用引起的.后向抽运时信号开始被缓慢减小,然后在距离光纤末端处快速增加.这为以后喇曼光纤放大器的设计提供了重要的参考.     

各种常见光纤喇曼增益谱分析

研究了同等实验条件下,10种不同长度/不同种类光纤的喇曼增益特性.比较记录了这10种光纤的各阶Stokes光谱出现的先后顺序,及各阶Stokes光谱峰值波长.实验发现,除了1455nm的光谱为单一激发峰外,其余5阶光谱均有两个峰.     

正向抽运喇曼光纤放大器开关增益数值计算研究

采用数值计算的方法,对影响正向抽运喇曼光纤放大器(RFA)开关增益的几个因素——喇曼增益系数、抽运光功率、光纤长度、光纤损耗、有效纤芯面积等参数与正向抽运喇曼光纤放大器开关增益的关系进行了分析研究,并把数值分析的结果和小信号的解析结果进行了比较,然后在此基础上提出了有效提高正向抽运喇曼光纤放大器开关增益的几种方法。     

石英光纤中受激喇曼散射光谱形成及其能量转换

将泵浦光产生的受激喇曼散射（ Ｓ Ｒ Ｓ） 光谱看作新的独立的单色光源,在光纤内传播的过程中,每个光源按喇曼增益曲线各自独立地激发新的斯托克光谱, 因此 Ｓ Ｒ Ｓ 光谱曲线是光谱内无数个单色光源之间相互吸收相互放大的结果。据此,建立耦合波方程,利用 Ｒｕｎｇｅ － － Ｋｕｔｔａ方法可以计算 Ｓ Ｒ Ｓ 光谱。文中讨论了一阶斯托克光谱的形成,同阶斯托克光谱内的能量红移现象,高阶斯托克光之间以频移４４０ ｃｍ － １ 传递能量以及频带展宽等问题     

连续调谐波导型H_2受激振动喇曼散射的研究

设计和研制了一台石英毛细管波导型H_2喇曼池,用450nm染料激光研究了H_2的受激振动喇曼散射,测定了一阶Stokes波输出能量与H_2气压之间的依赖关系。最高能量转换效率为20％。用Oxazine-1染料激光作泵浦源获得三阶Stokes信号,得到的红外喇曼散射最长波长达6.57μm。     

硫化铅掺杂石英玻璃光纤喇曼增强特性研究

普通单模光纤的喇曼增益低,严重制约了喇曼放大器的发展。因此,研究高喇曼增益的光纤具有重要意义。研究了硫化铅掺杂石英玻璃光纤的喇曼散射增强特性。采用改进的化学气相沉积(MCVD)法分别制备出硫化铅掺杂石英玻璃光纤和普通单模光纤样品,并测得其传输损耗谱和喇曼光谱,实验结果表明:硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更强的喇曼散射强度。在不同的泵浦功率条件下,分别进行了喇曼放大实验,相比于普通单模光纤,硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更大的喇曼增益。     

基于双向二级喇曼抽运的偏振控制研究

为了发展具有实用价值的受激喇曼全光偏振控制方法,根据光纤中受激喇曼散射矢量理论和光纤随机双折射效应设计了基于双向二级喇曼抽运的全光偏振控制方案,构建了偏振吸引理论模型,采用严格数值迭代算法对该偏振控制方案进行了仿真分析,并完成了偏振控制方案最佳工作性能的优化设计。结果表明,当信号光波长为1550nm、功率为0.1mW、一级抽运光和二级抽运光的功率分别为1W和4W、其偏振态都为（0,1,0）、光纤长度为3km时,信号光偏振度可达0.85以上,且信号光强度波动低于35%。该方案有效降低了作用光波功率、减弱了信号光输出强度噪声,并提高了信号光输出偏振度。     

多波长抽运C+L波段喇曼放大器的数值模拟与分析

为了合理地设计出宽带分布式光纤喇曼放大器系统,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对前向抽运方式的喇曼耦合方程进行数值仿真,获得了合适的抽运源波长,从而实现了分布式喇曼光纤放大器的带宽为80nm(1530nm～1610nm).在抽运功率均匀分配的情况下,对80个信道的信号进行分布式放大,分析了不同信号、抽运功率沿光纤的...     

KrF准分子激光泵浦H_2受激喇曼散射

利用KrF激光泵浦高压H_2,产生受激喇曼散射(SBS),得到时间宽被压缩的Stokes光和Anti-Stokes光,一阶Stokes光的发散角被压缩到泵浦光的1/3。研究了缓冲气体对Stokes光转换效率的影响。     

抽运功率配置对双向喇曼放大器性能的影响

为了研究抽运功率配置对双向抽运光纤喇曼放大器性能的影响,基于已有的耦合方程,采用数值仿真方法,分析了不同抽运功率配置对双向抽运光纤喇曼放大器的增益、增益饱和以及抽运功率转换效率的影响。结果表明,双向抽运光纤喇曼放大器的增益、增益饱和以及抽运功率转换效率特性均介于同向和反向抽运光纤喇曼放大器之间,并且随着同向抽运功率在抽运总功率中所占比例的升高,增益、增益饱和功率和抽运功率转换效率的数值增加;大信号、抽运功率较大时,抽运功率配置对双向抽运光纤喇曼放大器性能的影响显著。这对双向抽运光纤喇曼放大器和光纤激光研究具有一定的参考价值。     

1455nm光纤喇曼激光器研究

研制完成了以掺锗光纤作喇曼增益介质、光纤布喇格光栅作谐振腔镜的1455nm光纤喇曼激光器.在1100nm抽运光的作用下,实现了五阶喇曼频移,并在1455nm波长处获得597mW的稳定激光输出,光光转换效率约为6.35%.     

6阶掺锗级联喇曼光纤激光器的数值模拟及分析

为了研究多阶级联喇曼光纤激光器的结构参量对输出特性的影响,利用数值模拟的方法对表征多阶级联喇曼光纤激光器的非线性耦合方程组进行了求解,在此基础上,对6阶掺锗级联喇曼光纤激光器进行模拟分析,得到了光纤长度、输出镜反射率、抽运功率等因素与6阶级联喇曼光纤激光器结构参量的关系。结果表明,在抽运功率不变时,光纤长度取300m左右,输出镜反射率取10%左右,阈值功率比较小,可以获得最大输出功率。     

光纤喇曼放大器增益实验研究

介绍了分布式光纤喇曼放大器增益原理，由泵浦光和信号光的互作用方程给出了增益表达式，提出一种数值模拟方法计算增益，同时给出了实测增益的具体方案。实验实现C带内10dB以上喇曼放大，实测增益和数值模拟结果吻合较好。