7光纤中的光散射(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2,#,光纤中的非线性效应,受激非弹性散射,1,2,光纤中的非线性效应,非线性折射率,自相位调制,(SPM),交叉相位调制（,XPM,）,参量过程,（四波混频）,非线性极化,受激非弹性散射,受激拉曼散射,受激布里渊散射,光场把部分能量传递给介质，,是一个有能量交换的过程,2,2025/7/15 周二,0,Rayleigh,Stokes,Anti-Stokes,Brillouin,Raman,Raman,Brillouin,光散射,Incident beam,0,散射介质,3,2025/7/15 周二,光散射的起源,介质光学特性的波动,介电常数,自发散射,受激散射,4,2025/7/15 周二,Rayleigh,散射,E,Backward Rayleigh,Incident light,Cladding,Core,Cladding,瑞利散射是一种,弹性散射,，其散射光的频率与入射光的频率相同。,。,极化强度,：,5,2025/7/15 周二,关于电场强度,E,的方程,假设入射光场,E,的时间变量的复数形式为,e,-i,t,传输常数,2,6,2025/7/15 周二,前向传输光,后向散射光,后向散射方程,瑞利散射是介电常数随机波动的一种傅里叶变换形式。,7,2025/7/15 周二,0,Rayleigh,Stokes,Anti-Stokes,Brillouin,Raman,Raman,Brillouin,光纤中的光散射,8,2025/7/15 周二,光纤中的两种非弹性散射：,Raman,散射,：光子与光学声子（,Optical Phonon,）的能量转换,Brillouin,散射,：光子与声学声子（,Acoustic Phonon,）的能量转换,声子,是对固体内部分子或离子在其平衡位置附近量子化振动状态的形象描述,光学声子：,固体分子的量子化振动状态，具有较高的振荡频率，需要通过光波进行激发。频率由固体的分子结构有关，与声子的传播常数基本无关。,声学声子：,固体中声波的量化状态，振荡频率较低，可以用微波或其他机械波进行激发。频率与声子传播常数成正比。,9,2025/7/15 周二,Brillouin,散射,光纤中的,Brillouin,散射是入射光场与光纤中的弹性声场相互作用而产生的一种非线性光散射现象。,光纤局部压力变化量方程（,Fabelinskii,1968,section34.9),10,2025/7/15 周二,入射光,极化强度变化,11,2025/7/15 周二,Brillouin Stocks,光纤中布里渊频移：,12,2025/7/15 周二,B,0,B,V,B,a,B,B,s,B,B,0,B,B,as,B,V,B,a,B,自发声场可看作是沿光纤轴以光速,V,a,向前或向后运动的光栅,13,2025/7/15 周二,纤中的受激布里渊散射（,SBS,）是强感应声波场对入射光作用的结果。当进入光纤的泵浦光功率超过特定阈值时，光纤内产生的,电致伸缩效应,使得光纤产生周期性形变或弹性振动，即光纤中产生相干声波。该声波与泵浦光同向传输，并使得光纤折射率被周期性调制，从而形成以声速,V,a,运动的折射率光栅。泵浦引起的折射率光栅通过布拉格衍射散射泵浦光，由于多普勒位移与以声速,V,a,移动的光栅有关，散射光产生了频率下移。,受激布里渊散射,14,2025/7/15 周二,Brillouin,增益谱,无论是自发布里渊散射还是受激布里渊散射，若考虑声波的衰减，那么任意方向的散射光谱都不是单一的谱线，而是具有一定的,频率宽度,频谱半峰全宽（,FWHM,）,15,2025/7/15 周二,Brillouin,阈值估算,16,2025/7/15 周二,假设输入的斯托克斯光和泵浦光的光强比为,b,in,=,I,S,(,L,)/,I,P,(0),17,2025/7/15 周二,自发布里渊散射可以等效于在光纤一端每个模式中注入的假象光子在每个频率分量上的放大，该频率分量的能量为,。然后在整个,布里渊增益谱范围内积分,来计算散射光功率。,18,2025/7/15 周二,布里渊散射的应用,布里渊激光器,布里渊光放大器,布里渊光传感器,慢光效应，偏振牵引效应,19,2025/7/15 周二,光纤中的,Raman,散射,Rayleigh,Anti-Stokes,Stokes,Pure,rotational bands,Rotation-,Vibration bands,气体自发,Raman,散射谱,应用？,20,2025/7/15 周二,Anti-Stokes,Stokes,液体自发,Raman,散射谱,拉曼散射本质上是一个独立的分子内部的物理过程,21,2025/7/15 周二,22,2025/7/15 周二,受激,Raman,阈值,SRS,阈值：,23,2025/7/15 周二,24,2025/7/15 周二,拉曼散射的应用,拉曼激光器,拉曼光放大器,拉曼传感器,25,2025/7/15 周二,