光纤中受激布里渊散射的数值模拟与特性分析

"本文主要研究了光纤中的受激布里渊散射（SBS）现象，采用数值模拟方法探讨了其散射特性。基于Langevin噪声模型，使用近似的三波耦合方程组，利用时域有限差分法对10公里长、折射率为1.5132的单模光纤中的SBS过程进行了计算分析。重点分析了50微秒内光场、声波场的时间空间变化和散射光功率的变化。实验中，将Stokes光作为起振光引入光纤，观察到Stokes光的存在显著影响抽运光场、散射光场和声波场的振幅变化，且散射光功率在有无Stokes光的情况下表现出不同的动态行为，即有Stokes光时功率趋于饱和，无Stokes光时功率呈近似线性增长。关键词包括非线性光学、SBS、时域有限差分法、Stokes光和功率变化。" 受激布里渊散射（SBS）是光纤通信中的一种重要非线性效应，它涉及到光波与声波之间的相互作用。在这个过程中，高强度的泵浦光（pump light）在光纤中传播时，会通过非线性相互作用产生频率较低的Stokes光和频率较高的反Stokes光。这种散射过程伴随着声波的生成和传播，因为光能转化为声能，反之亦然。 Langevin噪声模型用于描述SBS过程中的随机性，考虑了热噪声和其他随机因素对SBS的影响。近似的三波耦合方程组则简化了物理过程，包括泵浦光、Stokes光和反Stokes光之间的耦合关系。时域有限差分法是一种数值计算方法，常用于解决偏微分方程，此处用于模拟光场和声波场在时间和空间上的演变。 在本研究中，光纤长度和折射率的选择具有实际意义，反映了光纤通信系统常见的条件。通过对比有无Stokes光输入的情况，研究人员揭示了起振光对SBS散射过程的影响。当Stokes光存在时，散射光功率的饱和现象表明系统进入了非线性动力学状态，而没有Stokes光时的近似线性增长则暗示着线性散射机制占主导。 这些发现对于理解和优化光纤通信系统中的非线性效应至关重要，因为SBS可能导致光信号的衰减和信道间的干扰，从而限制传输速率和距离。了解SBS的这些特性有助于设计新的抑制策略或利用SBS效应实现如光频梳生成、光存储等应用。此外，该研究的数值模拟方法也为未来更深入探索其他非线性光学现象提供了有效工具。