【摘 要】
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受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering,SBS）是典型的三阶非线性光学效应,具有高增益、阈值性、相位共轭等优势,在量子信息传输、光纤传感与光通信、雷达遥感探测等领域具有广阔前景。尤其在激光雷达海洋遥感中,已被用于水下目标探测、水体参数测量。然而目前对于水中SBS的某些特性参数,如频移和线宽,仍然缺乏相应的理论研究,无法从作用机理方面进行解释。为此,本文对水中
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受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering,SBS）是典型的三阶非线性光学效应,具有高增益、阈值性、相位共轭等优势,在量子信息传输、光纤传感与光通信、雷达遥感探测等领域具有广阔前景。尤其在激光雷达海洋遥感中,已被用于水下目标探测、水体参数测量。然而目前对于水中SBS的某些特性参数,如频移和线宽,仍然缺乏相应的理论研究,无法从作用机理方面进行解释。为此,本文对水中激发受激布里渊散射时形成的超声光栅结构进行了理论研究和相关验证,从光栅结构特征的变化来分析声波场对SBS特性参数的影响。本文利用耦合波理论和多层介质膜理论推导了水中SBS非均匀超声光栅模型,通过分析不同折射率调制及不同光栅结构参数下反射光谱的SBS特性,确定了水中SBS折射率的空间分布为余弦型。理论分析了温度和盐度对折射率和周期的影响,利用超声光栅模型模拟了不同温度和盐度下的SBS反射谱,分析其频移与线宽特性,建立了频移和线宽随折射率和周期的变化关系。为了验证模型结果,利用基于F-P标准具和增强型CCD相机（Intensified Charge Coupled Device,ICCD）的受激布里渊散射激光雷达系统分别进行了温度、盐度对SBS频移和线宽影响的实验研究。实验结果和理论结果在变化规律上呈现良好的一致性,在实验允许的测量误差范围内,对于温度1℃或者盐度1.0‰来说,实验值与理论值差异约在10MHz左右。利用分布式噪声模型分析了系统参数、系统结构以及温度对水中SBS脉宽及线宽的影响。将时域模型中SBS线宽随温度变化的结果与频域超声光栅模型、实验测量结果进行比较。结果表明:理论与实验变化规律吻合得很好,证明了水中SBS非均匀超声光栅模型的可行性,研究结果为SBS在液体介质中的应用提供了理论支撑。
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