基于受激布里渊散射效应的光纤缓存机理及技术研究

This project is based on surface plasmon polariton (SPP) field enhanced feature induced nonlinear optics effect, theoretically calculating nonlinear process conversion efficiency based on surface plasmon resonance (SPR), fabricating novel highly nonlinear fiber (HNLF), using SPR resonance region excited stimulated Brillouin scattering (SBS) between fiber core and metal film, to achieve optical signal delay and further optical storage, and explore a fiber storage device of wide bandwidth, strong amplification and long tunable storage time. The main research include physical mechanism of strong phonon-electron interaction of SPR field enhanced feature, the influence of field enhanced feature to fiber nonlinear effect, comparison of SBS effect between this HNLF and ordinary fibers, establishing experiment system of optical fiber buffer, through measuring and analyzing spectrum gain resonance region, bandwidth, amplitude amplification and maximum storage time, to obtain a novel effective fiber buffer model, which will lay a theoretical and practical basis on research of all-optical devices such as optical buffers and optical information processors.

本项目基于表面等离激元场增强特性诱导的非线性光学效应，理论计算基于表面等离激元光纤的非线性过程转换效率，制备出新型高非线性光纤；利用光纤纤芯与金属薄膜层之间激发表面等离子体共振时其共振区内激发受激布里渊散射机理，来实现光信号的延迟，达到光存储目的，从而探索一种宽带宽，强增益，缓存时间长且可调控的光纤缓存器。主要研究内容包括表面等离激元场增強效应的光子-电子相互作用的物理机理，场增强效应对光纤非线性特性的影响，对比这种高非线性光纤和普通光纤产生受激布里渊散射的强弱，创建光纤缓存实验系统，通过测试分析频谱增益共振区，带宽，振幅增益，最大缓存时间等，获得新型有效且简洁的光纤缓存系统，这将为光缓存器、光信息处理器等全光器件的研究提供一个理论与实践的依据。

随着光通信技术的不断发展，全光器件的运用受到越来越多的关注。为了实现全光缓存，基于光纤的光缓存技术研究应运而生。本项目基于表面等离激元场增强特性诱导的非线性光学效应，理论计算基于表面等离激元光纤的非线性过程转换效率；利用光纤纤芯与金属薄膜层之间激发表面等离子体共振时其共振区内激发受激布里渊散射机理，采用高非线性光纤，来实现光信号的延迟，达到光存储目的。.围绕项目研究内容，主要开展了以下工作，并取得相关成果：.1.对SBS的光延迟极限进行讨论，以此分析基于SBS的光纤缓存延迟性能。通过使用基于（K.K.关系)的仿真模型，对单个脉冲和BPSK的延迟性能分别进行了计算。在32dB最大增益和500MHz增益带宽情形下，2.5ns宽的单个脉冲的最大延迟为2.3ns（0.9bit），500MHz速率BPSK信号的最大延迟为2.1ns（1bit），它们的延迟带宽积分别为1.2和1.1。.2.由基于SBS的光纤延迟系统对参数布里渊增益谱的测量，探索了一种全光的高精度光谱测量方案。信号光谱的分辨率可达10MHz，抑制比为33.5dB。并测量了实际的子载波复用信号（模拟OFDM信号）的光谱。.3.由宽带SBS光延迟对增益谱谱形状平坦、抑制比高等要求，结合SBS偏振方法提出了一种全光的高精度滤波器方案。获得了宽带增益谱产生的光滤波特性为谱宽250MHz-1GHz可调；顶部传输抖动为1.5dB；选择性为44dB。.4.利用高非线性光纤，搭建了基于SBS的光纤延迟系统。在波长可调精度为1pm的激光器实现了32ns的延迟。相对延迟0.1bit，时延带宽积0.96，时延增益比：0.80ns/dB。.5.基于表面等离激元的研究方面，首先从理论上对金属-介质分界面上的电磁场分布进行了严密的推导，在此基础之上，课题组建立了一种在光纤的包层和纤芯之间沉积一层金属原子层的光纤模型，得出金属原子层的厚度为55nm以及长度为500nm为最佳沉积效果的结论，为获得该种光纤奠定了基础。.6.此外，课题组还在掺Bi材料性能、量子信息处理等方面开展了卓有成效的研究，为光纤掺杂材料的选择、受激布里渊散射效应的量子效应等方面提供了有力的支持。.课题的研究成果表明，课题组在项目完成的过程中紧扣项目计划内容，取得了丰富的研究成果，具有学术价值及科学意义。