掺杂二氧化硅波导的受激布里渊散射特性及布里渊测频研究

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受激布里渊散射技术(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)作为一种重要的非线性光学现象,被广泛应用于微波光子信号的产生、处理和存储领域。随着制造工艺和材料技术的进步,片上微波光子处理技术的研究和应用取得了巨大进展,而基于传统离散平台的布里渊模拟信号处理系统也面临着小型化、集成化的需求。基于SBS的片上模拟信号处理系统至少由三部分组成:小型化电光调制模块、SBS作用模块和小型化数据采集处理模块。针对这一需求,本文通过对掺杂二氧化硅波导中的SBS现象进行理论分析和实验测量,对掺杂二氧化硅波导中的SBS系数进行了计算和标定,并针对基于SBS的瞬时频率测量(Instantaneous Frequency Measurement,IFM)技术在掺杂二氧化硅波导上进行了仿真和实验。本文包含了以下三个方面的内容:首先,针对离散光学系统常用的传统光纤,在理论上分析了其中的SBS过程,介绍了SBS过程中的关键参数,并分析了输入信号波长、功率等参数对SBS结果的影响。同时,对比了波导和光纤中SBS关键参数的不同,并对波导上SBS过程中的有效传输模式进行了仿真分析。然后,介绍了传统的布里渊增益谱(Brillouin Gain Spectrum,BGS)测量方案,并分析了其优点和局限性。接下来针对波导端面反射严重、损耗大、光程短的特点,对传统的BGS测量方案进行了改进。利用改进后的BGS测量系统对波导中的SBS现象进行了观测,并通过改变输入信号波长、功率等参数,探究它们对SBS效应的影响。利用单模光纤(Singlemode Fiber,SMF)的对照实验,计算出了实验中所用波导的布里渊增益系数。实验结果表明,掺杂二氧化硅波导中的SBS特性与理论推导一致。实验中还发现,掺杂二氧化硅波导中会存在不止一个布里渊增益峰,这说明掺杂二氧化硅波导中存在多个有效传输模式。最后,基于课题组在早期提出的基于SBS的IFM和快速IFM技术,针对波导的特点,将原有的IFM实验方案进行了改进,在波导上进行了基于SBS的IFM实验和仿真,验证了在掺杂二氧化硅波导上进行IFM的可行性。并对在掺杂二氧化硅波导上进行快速IFM实验的可行性进行了探讨,提出了改进意见。
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