2024年-光纖中的光散射

光纖中的非線性效應(yīng)受激非彈性散射12光纖中的非線性效應(yīng)非線性折射率自相位調(diào)制(SPM)交叉相位調(diào)制（XPM）參量過程（四波混頻）非線性極化受激非彈性散射受激拉曼散射受激布里淵散射光場把部分能量傳遞給介質(zhì)，是一個(gè)有能量交換的過程22024/5/14ω0ωRayleighStokesAnti-StokesBrillouinRamanRamanBrillouin光散射Incidentbeamω0散射介質(zhì)32024/5/14光散射的起源介質(zhì)光學(xué)特性的波動(dòng)介電常數(shù)自發(fā)散射受激散射42024/5/14Rayleigh散射EBackwardRayleighIncidentlightCladdingCoreCladding瑞利散射是一種彈性散射，其散射光的頻率與入射光的頻率相同。。

極化強(qiáng)度：52024/5/14關(guān)于電場強(qiáng)度E的方程假設(shè)入射光場E的時(shí)間變量的復(fù)數(shù)形式為e-iωt傳輸常數(shù)β262024/5/14前向傳輸光后向散射光后向散射方程瑞利散射是介電常數(shù)隨機(jī)波動(dòng)的一種傅里葉變換形式。72024/5/14ω0ωRayleighStokesAnti-StokesBrillouinRamanRamanBrillouin光纖中的光散射82024/5/14光纖中的兩種非彈性散射：Raman散射：光子與光學(xué)聲子（OpticalPhonon）的能量轉(zhuǎn)換Brillouin散射：光子與聲學(xué)聲子（AcousticPhonon）的能量轉(zhuǎn)換聲子是對固體內(nèi)部分子或離子在其平衡位置附近量子化振動(dòng)狀態(tài)的形象描述光學(xué)聲子：固體分子的量子化振動(dòng)狀態(tài)，具有較高的振蕩頻率，需要通過光波進(jìn)行激發(fā)。頻率由固體的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，與聲子的傳播常數(shù)基本無關(guān)。聲學(xué)聲子：固體中聲波的量化狀態(tài)，振蕩頻率較低，可以用微波或其他機(jī)械波進(jìn)行激發(fā)。頻率與聲子傳播常數(shù)成正比。92024/5/14Brillouin散射光纖中的Brillouin散射是入射光場與光纖中的彈性聲場相互作用而產(chǎn)生的一種非線性光散射現(xiàn)象。光纖局部壓力變化量方程（Fabelinskii,1968,section34.9)102024/5/14入射光極化強(qiáng)度變化112024/5/14BrillouinStocks光纖中布里淵頻移：122024/5/14ωB0BVBaBωBsBωB0BωBasBVBaB自發(fā)聲場可看作是沿光纖軸以光速Va向前或向后運(yùn)動(dòng)的光柵132024/5/14纖中的受激布里淵散射（SBS）是強(qiáng)感應(yīng)聲波場對入射光作用的結(jié)果。當(dāng)進(jìn)入光纖的泵浦光功率超過特定閾值時(shí)，光纖內(nèi)產(chǎn)生的電致伸縮效應(yīng)使得光纖產(chǎn)生周期性形變或彈性振動(dòng)，即光纖中產(chǎn)生相干聲波。該聲波與泵浦光同向傳輸，并使得光纖折射率被周期性調(diào)制，從而形成以聲速Va運(yùn)動(dòng)的折射率光柵。泵浦引起的折射率光柵通過布拉格衍射散射泵浦光，由于多普勒位移與以聲速Va移動(dòng)的光柵有關(guān)，散射光產(chǎn)生了頻率下移。受激布里淵散射142024/5/14Brillouin增益譜無論是自發(fā)布里淵散射還是受激布里淵散射，若考慮聲波的衰減，那么任意方向的散射光譜都不是單一的譜線，而是具有一定的頻率寬度頻譜半峰全寬（FWHM）152024/5/14Brillouin閾值估算162024/5/14假設(shè)輸入的斯托克斯光和泵浦光的光強(qiáng)比為bin=IS(L)/IP(0)172024/5/14自發(fā)布里淵散射可以等效于在光纖一端每個(gè)模式中注入的假象光子在每個(gè)頻率分量上的放大，該頻率分量的能量為ηω。然后在整個(gè)布里淵增益譜范圍內(nèi)積分來計(jì)算散射光功率。182024/5/14布里淵散射的應(yīng)用布里淵激光器布里淵光放大器布里淵光傳感器慢光效應(yīng)，偏振牽引效應(yīng)192024/5/14光纖中的Raman散射RayleighAnti-StokesStokesPurerotationalbandsRotation-Vibrationbands氣體自發(fā)Raman散射譜應(yīng)用？202024/5/14Anti-StokesStokes液體自發(fā)Raman散射譜拉曼散射本質(zhì)上是一個(gè)獨(dú)立的分子內(nèi)部的物理過程212024/5/14