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微弱光信号瞬态布里渊放大器的最佳工作点

高玮 吕志伟 何伟明

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微弱光信号瞬态布里渊放大器的最佳工作点

高玮, 吕志伟, 何伟明

Optimal working point of a Brillouin amplifier for a weak input signal in the transient regime

Gao Wei, Lü Zhi-Wei, He Wei-Ming
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  • 为提高瞬态布里渊放大器的工作性能,利用包含噪声的瞬态布里渊放大理论模型数值模拟了放大器的信噪比、 灵敏度、能量转换效率及信号放大率随指数增益系数G的变化规律, 获得了放大器的最佳工作点Gopt.采用倍频Nd:YAG脉冲激光器, 以CS2和FC-72为非线性介质进行了实验验证.结果表明,抽运光脉冲相对于信号光脉冲延迟脉冲宽度的 一半进入放大器时, Gopt可设在介质受激布里渊散射阈值增益Gth之上. 对于共线型布里渊放大结构, Gopt为Gth的1.1-1.3倍;对于非共线型结构, Gopt可超过Gth1.3倍,实现近饱和放大.
    In order to improve the working performances of a transient Brillouin amplifier, the dependences of the signal-noise-ratio, sensitivity, energy extraction efficiency and signal amplification factor on exponential gain G are numerically studied based on the theoretical model of transient Brillouin amplification including distributed noise, and an optimal working point of a Brillouin amplifier is obtained. Experimental verifications are performed by choosing CS2 and FC-72 as nonlinear media. A frequency-doubled Nd:YAG pulse laser is used. Results show that when the pump pulse lags behind the Stokes signal pulse by an amount of time equal to half the pulse width, Gopt can be set to be above the SBS threshold exponential gain Gth. For a collinear Brillouin amplifier, Gopt is 1.1-1.3 times Gth; while for a non-collinear structure, Gopt can be set to be over 1.3 times Gth. Nearly saturated amplification is achieved.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61078004);中国博士后基金(批准号: 20100481017)和黑龙江省教育厅科学技术研究计划(批准号: 12511114)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61078004), the China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 20100481017), and the Program of Science and Technology of the Education Bureau of Heilongjiang Province, China (Grant No. 12511114).
    [1]

    Gao W, Lü Z W, He W M, Zhu C Y, Dong Y K 2007 Acta Phys. Sin. 56 2693 (in Chinese) [高玮, 吕志伟, 何伟明, 朱成禹, 董永康 2007 物理学报 56 2693]

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    Bel'dyugin I M, Efimkov V F, Mikhailov S I, Zubarev I G 2005 J. Russian Laser Res. 26 1

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    Gao W, Lü Z W, He W M, Dong Y K 2008 Acta Phys. Sin. 57 254 (in Chinese) [高玮, 吕志伟, 何伟明, 董永康 2008 物理学报 57 254]

    [4]

    Wise A, Tur M, Zadok A 2011 Opt. Express 19 21945

    [5]

    Liu D H, Shi J W, Chen X D, Ouyang M, Gong W P 2010 Front. Phys. China 5 82

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    Sternklar S, Glick Y, Jackel S 1992 J. Opt. Soc. Am. B 9 391

    [7]

    Boyd R W, Rzazewski K, Narum P 1990 Phys. Rev. A 42 5514

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    Wang C 2006 Ph. D. Dissertation (Harbin: Harbin Institute of Technology) (in Chinese) [王超 2006 博士学位论文 (哈尔滨:哈尔滨工业大学)]

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    Erokhin A I, Kovalev V I, Faizullov F S 1986 Sov. J. Quan. Electron. 16 872

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    Yoshida H, Kmetik V, Fujita H, Nakatsuka M, Yamanaka T, Yoshida K 1997 Appl. Opt. 36 3739

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    Lü Z W, Ding Y C, He W M 2002 Acta Phys. Sin. 51 1286 (in Chinese) [吕志伟, 丁迎春, 何伟明 2002 物理学报 51 1286]

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    Gao W, Lü Z W, He W M, Zhu C Y 2011 Appl. Phys. B 105 317

    [13]

    Lü Z W, Wang S Y, Lin D Y 2008 Laser Part. Beams 26 315

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    Gao W, Lü Z W, Wang S Y, He W M, Hasi W L J 2010 Laser Part. Beams 28 179

    [15]

    Lü Z W, Gao W, He W M, Zhang Z, Hasi W L J 2009 Opt. Express 17 10675

  • [1]

    Gao W, Lü Z W, He W M, Zhu C Y, Dong Y K 2007 Acta Phys. Sin. 56 2693 (in Chinese) [高玮, 吕志伟, 何伟明, 朱成禹, 董永康 2007 物理学报 56 2693]

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    Wang C 2006 Ph. D. Dissertation (Harbin: Harbin Institute of Technology) (in Chinese) [王超 2006 博士学位论文 (哈尔滨:哈尔滨工业大学)]

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    Erokhin A I, Kovalev V I, Faizullov F S 1986 Sov. J. Quan. Electron. 16 872

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    Gao W, Lü Z W, Wang S Y, He W M, Hasi W L J 2010 Laser Part. Beams 28 179

    [15]

    Lü Z W, Gao W, He W M, Zhang Z, Hasi W L J 2009 Opt. Express 17 10675

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  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-02-12
  • 修回日期:  2012-03-13
  • 刊出日期:  2012-10-05

微弱光信号瞬态布里渊放大器的最佳工作点

  • 1. 哈尔滨理工大学,工程电介质及其应用教育部重点实验室, 哈尔滨 150080;
  • 2. 哈尔滨理工大学应用科学学院光信息科学与技术系, 哈尔滨 150080;
  • 3. 哈尔滨工业大学光电子技术研究所, 哈尔滨 150080
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61078004)

    中国博士后基金(批准号: 20100481017)和黑龙江省教育厅科学技术研究计划(批准号: 12511114)资助的课题.

摘要: 为提高瞬态布里渊放大器的工作性能,利用包含噪声的瞬态布里渊放大理论模型数值模拟了放大器的信噪比、 灵敏度、能量转换效率及信号放大率随指数增益系数G的变化规律, 获得了放大器的最佳工作点Gopt.采用倍频Nd:YAG脉冲激光器, 以CS2和FC-72为非线性介质进行了实验验证.结果表明,抽运光脉冲相对于信号光脉冲延迟脉冲宽度的 一半进入放大器时, Gopt可设在介质受激布里渊散射阈值增益Gth之上. 对于共线型布里渊放大结构, Gopt为Gth的1.1-1.3倍;对于非共线型结构, Gopt可超过Gth1.3倍,实现近饱和放大.

English Abstract

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