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光滤波器可用于提取光信号中的特定光谱成分,是一种不可或缺的关键光电子器件。基于受激布里渊散射(SBS)效应的有源光滤波器(AOF)具有超窄带宽、高隔离度、无损耗、可灵活重构等特点,在光纤通信与传感、微波光子学等领域有着广泛的应用需求。本论文研究了基于SBS效应的有源光滤波技术及应用,主要内容和创新成果如下: 从描述SBS过程的耦合振幅方程组出发,推导了准连续泵浦情况下该方程组的简化形式。在此基础上,建立了 SBS-AOF频率响应和噪声特性的理论模型,并给出了SBS-AOF理论模型对应的数值仿真分析方法。 面向 SBS-AOF单增益峰、高隔离度、窄带宽的使用需求,研究了光纤材料和波导结构对布里渊增益谱的作用效果,提出了一种SBS效应增强型光纤的设计思路,实现了单光模与单声模的同时稳定激励和两者间的高效耦合。研究了泵浦光功率、光纤长度、输入信号功率等参数对常规单级SBS-AOF性能的影响。 针对增益饱和效应会使单级 SBS-AOF带宽和隔离度特性显著劣化这一问题,提出了一种采用分段泵浦的SBS-AOF改进结构。相关分析表明:通过优化该双级SBS-AOF各工作状态参数特别是双级间的衰减值,可有效减缓增益饱和效应对SBS-AOF性能的不利影响。 构建了SBS-AOF频响特性和噪声特性的测量装置。实验测得SBS效应增强型光纤的布里渊增益谱带宽最小为12.5MHz、峰值增益最大为60dB。通过对单级和双级SBS-AOF总体性能的对比发现,在噪声特性不明显劣化的前提下,双级SBS-AOF可呈现较单级SBS-AOF更加良好的性能。这与仿真分析中所得结论是一致的。 面向 SBS-AOF在超高分辨率光谱分析系统中的应用需求,构建了相关实验装置并实现了0.1pm量级的光谱分辨率,与常规体光栅光谱仪比较提高了两个数量级。在此基础上,提出了一种采用平衡探测结构用于改善光谱测量动态范围的方法,该方法利用平衡探测结构消除 SBS-AOF带外信号成分的影响。实验结果显示该方法可将光谱测量动态范围增大到60dB左右。并且还提出了一种采用双级SBS-AOF结构同时改善光谱测量分辨率和动态范围的方法。实验研究表明:通过减缓 SBS-AOF中的增益饱和效应,光谱分析系统的整体性能得到明显提升。系统分辨率优于0.1pm且灵敏度优于-60dBm。 面向 SBS-AOF在窄线宽半导体激光器方面的应用需求,提出了一种基于SBS-AOF的线宽压缩装置,由超长光纤谐振腔、SBS-AOF、组合光纤环和饱和吸收体等单元构成。实验结果表明:在C波段30nm范围内,该装置可将普通半导体激光器的线宽由3MHz压缩到15kHz,信号光与自发辐射光的功率比值提高15dB,对应的损耗约为5dB。