亚微米直径光纤的受激拉曼谱特性研究.pdfVIP

维普资讯 第 30卷第 2期 江西师范大学学报(自然科学版) Vo1．30No．2 2OO6年 3月 JOURNALOFJIANGXIN0RMAI．UNⅣERS兀Y(NATURALSCIENCE) Mar．20o6 文章编号：1000—5862(20o6)02—0l13—03 亚微米直径光纤的受激拉曼谱特性研究 饶 丰 ，一， 叶志清 一， 刘鸿娟 ，一， 胡春香 (1．江西师范大学 物理通信电子学院，江西 南昌 330022；2．江西省光电子重点实验室，江西南昌 330022) 摘要：从理论和实验两方面分析了亚微米直径光纤的受激拉曼谱特性，发现亚微米直径光纤与普通光纤 相比，拉曼阈值较小，拉曼增益谱线较多，这对新型微光通信和光纤传感器件的设计具有重要的意义；通 过实验，我们发现理论结果与实验吻合得很好． 关键词 ：亚微米直径；拉曼谱；微光通信 中图分类号 ：O431．1 文献标识码 ：A 随着现代光通信和光传感的不断发展，对光学器件工作性能，集成度和能量消耗等要求越来越高，传统 光纤难以满足这些要求，而亚微米直径光纤因为显著的近场光学效应将引起一系列在宏观光学中难以出现 的有趣现象 ¨J，这将为新型微光通信和光传感器件提供崭新的设计思路 ．为了用较低 的光功率就能激发明 显的受激拉曼散射，我们通过减小光纤的直径，让光积聚在直径很小的光纤 内，这样 ，光纤 内的能流密度就 能用较小的入射光功率达到很大，达到拉曼阈值，发生明显的拉曼散射 J．本文研究了亚微米直径光纤的拉 曼谱特性，给出了拉曼阈值和计算拉曼增益谱线的公式；发现亚微米直径光纤的拉曼阈值较小，用相同功率 的泵浦光分别输入普通光纤的亚微米直径光纤，从 OSA中可以观察到一段超连续拉曼增益谱，表明我们拉 制的亚微米直径光纤的非线性系数较大，这对光通信中的准低功率宽带宽拉曼放大器有十分深远的意义． 1 拉曼增益谱 考虑一束频率为 cU。的连续光波在光纤中的传播，如果一束频率为cU的探测波在光纤的输入端与泵浦 光同时输入，只要频差 n =cU。一cU，位于拉曼增益谱的带宽范围内，探测波就会 由于拉曼增益而被放大．如 果光纤输入端仅有泵浦波入射，自发拉曼散射产生的信号将起到探测波的作用，并在传输过程中被放大．因 为 自发拉曼散射在整个拉曼增益谱宽内产生光子，所以所有频率分量都被放大，可是对应 gR(拉曼增益)最 大的频率分量建立最快．对于纯石英光纤 ，g尺的最大值所对应的频率是 由泵浦频率下移 13．2THz(440 cm 一)．当泵浦功率超过某一阈值时，此频率分量近似指数增长．这样，SRS将导致斯托克斯波的产生，其频率 由拉曼增益峰决定，对应的频移有时被称为拉曼频移或斯托克斯频移[4。．以我们的实验为例：泵浦光为 532 nm ， 来计算一级斯托克斯线，二级斯托克斯线和三级斯托克斯线． v = ，△。= △ ，△ = 等△v． c Xo=532nm，l=544．45nm； =558．07nm；x3=571．00nm．计算得一、二 、三级斯托克斯线分别为 544 ．45，558．07，571．00nm ． 2 拉曼阈值 拉曼阈值定义为，在光纤的输出端斯托克斯功率与泵浦功率相等时的入射泵浦功率[，即 收稿El期 ：2005—06—18 基金项 目：江西省 自然基金资助项 目(0512016)． 作者简介 ：饶 丰 (1983一)，男，江西九江人，硕士研究生，主要从书光纤 ；及光纤通信方面的研究 维普资讯 ll4 江西师范大学学报 (自然科学版)