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窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的理论模型和数值分析

粟荣涛 张鹏飞 周朴 肖虎 王小林 段磊 吕品 许晓军

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的理论模型和数值分析

粟荣涛, 张鹏飞, 周朴, 肖虎, 王小林, 段磊, 吕品, 许晓军
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  • 窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器在非线性频率变换、遥感探测和量子信息等领域有广泛的应用前景.综合考虑受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)、受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)、自相位调制(self-phase modulation)和交叉相位调制(cross-phase modulation)等非线性效应,建立了窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的非线性动力学模型.仿真分析了放大器中脉冲激光的时频演化特性,对比研究了抽运脉冲宽度、光纤长度和信号光功率等因素对放大器性能的影响.研究发现,上述因素会影响放大器的SRS阈值、SBS阈值、输出激光线宽、激光转换效率等.例如,当脉冲宽度为800 ns时,SBS随着抽运功率的增加而发生,限制了激光功率的提升;减短抽运脉宽可以抑制SBS,但是输出激光的线宽易于展宽到数百MHz以上;增加光纤长度可以获得更低的SRS阈值和更高的转换效率,但是SBS效应和光谱展宽程度也随之增强.系统搭建中需要平衡各非线性效应,选择合适的系统参数.研究内容可以为窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的设计搭建提供参考.
      通信作者: 粟荣涛, surongtao@126.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61705265,61705264)、中国博士后科学基金(批准号:2017M620070)和国家重点研发计划(批准号:2017YFF0104603,2016YFB0402204)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-18
  • 修回日期:  2018-02-24
  • 刊出日期:  2018-08-05

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的理论模型和数值分析

  • 1. 中国科学院软件研究所, 北京 100190;
  • 2. 国防科技大学前沿交叉学科学院, 长沙 410073;
  • 3. 大功率光纤激光湖南省协同创新中心, 长沙 410073
  • 通信作者: 粟荣涛, surongtao@126.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61705265,61705264)、中国博士后科学基金(批准号:2017M620070)和国家重点研发计划(批准号:2017YFF0104603,2016YFB0402204)资助的课题.

摘要: 窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器在非线性频率变换、遥感探测和量子信息等领域有广泛的应用前景.综合考虑受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)、受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)、自相位调制(self-phase modulation)和交叉相位调制(cross-phase modulation)等非线性效应,建立了窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的非线性动力学模型.仿真分析了放大器中脉冲激光的时频演化特性,对比研究了抽运脉冲宽度、光纤长度和信号光功率等因素对放大器性能的影响.研究发现,上述因素会影响放大器的SRS阈值、SBS阈值、输出激光线宽、激光转换效率等.例如,当脉冲宽度为800 ns时,SBS随着抽运功率的增加而发生,限制了激光功率的提升;减短抽运脉宽可以抑制SBS,但是输出激光的线宽易于展宽到数百MHz以上;增加光纤长度可以获得更低的SRS阈值和更高的转换效率,但是SBS效应和光谱展宽程度也随之增强.系统搭建中需要平衡各非线性效应,选择合适的系统参数.研究内容可以为窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的设计搭建提供参考.

English Abstract

参考文献 (23)

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