布里渊增益介质中的慢光效应：非线性光学与光子学探究

第一个在布里渊增益光纤系统中显示慢光效应的实验是由Song等人于2005年报道［48］的，其实验的设置如图16-24所示。从一分布式反馈（DFB）激光二极管输出的1 552 nm连续波激光，先通过一个电光调制器而产生两个调制边带，使得它们之间的频差正好与待测光纤样品的布里渊散射频移相同。其中低频边带成分用作探测光，高频边带作为泵浦光，未频移的载波成分则通过反馈电路控制加在调制器上的直流而被抑制。由电光调制器输出的两个边带成分被送到一个光纤光栅，其中被反射了的低频成分通过一个光闸元件形成脉冲探测光而进入长光纤样本；高频成分通过布拉格光栅后进入一个掺铒光纤放大器（EDFA），然后再发送到相同的待测光纤样品作为提供受激布里渊散射增益的反向泵浦光。被测的两个样品，一个是布里渊散射频移值为vB≈10.844 GHz、长度为11.8 km的标准光纤，另一个是频移值为vB≈10.42 GHz、长度为6.7 km的色散位移光纤（DSF）。探测光脉冲宽度为100 ns，估算出的布里渊增益谱线宽度为ΔvB≈30～40 MHz。

图16-24　在布里渊增益光纤系统中观察慢光效应的实验装置（EOM：电光调制器）［48］

图16-25（a）为在不同布里渊增益水平下，测得的通过标准光纤样品后的探测光脉冲信号的时间延迟（慢光效应）。如果互换两个频率组分的角色，使用高频组分作为微弱信号光、低频组分作为强泵浦光，可观察到由于布里渊衰减导致的探测光脉冲的时间超前（快光效应）［49］。图16-25（b）为探测脉冲信号的延迟时间随两个被测光纤样品增益（或衰减）水平而变化的实验数据。这两种情况下，均观察到弱探测信号的时间延迟（或超前）大约正比于以dB为单位的增益（或衰减）值。(www.xing528.com)

图16-25　通过标准光纤样品在不同布里渊增益水平下测得的探测脉冲的波形与时间延迟（a）以及通过两种光纤样品测得的探测脉冲时间延迟作为布里渊增益函数的数据（b）（显示出增益导致脉冲延迟，衰减导致脉冲延迟超前）［48］

在同一时期，Okawachi等人亦独立地完成了类似的基于布里渊增益的慢光实验［50］。他们采用两段分开的光纤样品，第一段1 km长光纤用波长为1 550 nm的连续激光泵浦并产生低频移的反向受激布里渊散射（SBS）；后者经过一个调制器后，以弱探测脉冲光方式与另一束1 550 nm主泵浦光束，互为反向入射到第二段作为慢光介质的500 m长光纤样品中。他们测得的探测脉冲时间延迟，同样与布里渊增益呈线性关系。该实验还进一步表明在相同泵浦光强条件下，探测脉冲信号的时间延迟还与探测脉冲的时宽（分别为15 ns和63 ns）有关。这可解释为不同的探测脉冲持续时间，亦对应着不同的光谱宽度；当探测信号谱线宽度与布里渊增益宽度相当或更大时，实现的慢光效应可能会减少，因此有一些方法与技术，以实现拓宽光纤介质的布里渊增益宽度的目的，例如对连续泵浦光束进行调制，或采用宽带泵浦激光源［51～53］。