基于光子晶体光纤的受激散射慢光

基于光纤布里渊散射慢光的研究由于在光通信系统中潜在的应用引起学者们的极大兴趣，但需要光纤很长且容易引起信号化劣，而光子晶体光纤由于其结构的灵活设计，可以有更优异的慢光性能，也有新散射现象的产生。本项目基于非线性光纤光学的基本理论和实验研究光子晶体光纤受激散射产生慢光的物理机理，构建光子晶体光纤材料和结构对声波的响应关系，研究强限制作用下光波与声波的强相互作用，分析受激散射光波的行为和特点；考察横向声波共振，分析声波模式的分布特点及其与光纤结构的关系；研究泵浦增益和脉冲形状对慢光延迟和增益带宽的影响；探讨光子晶体光纤结构和性质对受激散射慢光的影响规律；考察受激散射慢光对外界环境的响应，明确光子晶体光纤慢光的热稳定性和对高速光通信系统的影响，研究成果将丰富非线性光纤光学的理论，同时也将为光子晶体光纤光器件的结构优化设计及其在高速光通信和光传感系统中的应用提供重要的参考依据。

室温固体中调控光脉冲传播速度技术可以实现全光路由和新的光传感，光纤中受激布里渊散射慢光技术是在现有光纤通信和传感系统中实现光速调控的最现实的技术，光子晶体光纤因结构灵活设计而可实现更优异的慢光特性，而且有新现象的产生。本课题集中讨论了光子晶体光纤中受激布里渊散射慢光形成机理和泵浦波功率和斯托克斯波脉冲形状对光纤中慢光的影响，研究了光子晶体光纤结构和性质对慢光延迟的关系，也考察了光子晶体光纤受激布里渊散射慢光对外界环境的响应。完成了计划任务书中规定的预期目标，研究结果为学者们继续研究和器件设计提供参考，也锻炼了队伍，凝聚了课题组，为进一步研究奠定了基础。.本课题取得的主要研究成果：.1、光子晶体光纤中受激布里渊散射声波模式分布及特性、声光耦合决定于光纤结构，受激布里渊散射声波形成动态光栅，小芯径光纤中声波导布里渊散射声波对斯托克斯波的强度、偏振和相位都有影响；.2、输入斯托克斯脉冲分别为洛伦兹脉冲、超高斯脉冲、双曲正割脉冲、三角波脉冲的波形对基于光子晶体光纤的受激布里渊散射慢光的时延和脉冲变形影响不一样，而且不同脉冲的半峰全宽（FWHM）、功率对受激布里渊散射慢光也有影响；对于同一种斯托克斯脉冲，其边沿陡峭度、功率、宽度对时间延迟和脉冲展宽因子影响有不同规律，优化脉冲波形可获得最大时延和最小脉冲形变;找到了一种在低频范围内可以适度减小脉冲展宽因子的办法，为今后的光纤慢光器件设计提供理论参考；.3、推导了光子晶体及新型包层光纤的传输理论，提出了大负色散或近零色散光子晶体光纤，负折射率W型包层光纤具有大负色散，优化设计光纤结构可以获得大负色散或较高延迟带宽积的慢光传输；.4、声波导布里渊散射的布里渊散射频移和散射效率与光纤结构、空气孔填充有很大关系，单模光纤或光子晶体光纤中掺杂材料和浓度对光纤声波导布里渊散射频移和散射效率有影响，依据影响规律设计了相应的温度、应力传感器件；.5、光子晶体光纤布拉格光栅的慢光时延大，但带宽窄；布拉格光栅结构参数可调节时延和带宽；非均匀光纤布拉格光栅周期的切趾和啁啾同样可以优化光栅的时延和带宽。