【摘 要】
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受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering,SBS）和受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering,SRS）同属非弹性散射,是光纤中一类重要的非线性效应。它们均跟泵浦光子、斯托克斯（Stokes）光子以及声学或光学声子之间的互作用过程有关。对相应的斯托克斯光子增益谱特性进行操控,可实现窄带滤波、应变传感、信号放大等重要功能。本论文针对SB
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“基于受激布里渊散射增强效应的超高分辨率光谱分析方法及其应用”（项目编号:61475053）; 装发部预先研究项目“高拉曼增益光纤”（项目编号:31512060204）
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受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering,SBS）和受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering,SRS）同属非弹性散射,是光纤中一类重要的非线性效应。它们均跟泵浦光子、斯托克斯（Stokes）光子以及声学或光学声子之间的互作用过程有关。对相应的斯托克斯光子增益谱特性进行操控,可实现窄带滤波、应变传感、信号放大等重要功能。本论文针对SBS和SRS效应增益谱操控方法及应用展开了研究工作,主要内容包括:（1）研究了光纤中非弹性散射效应的物理过程,给出了描述SBS和SRS效应的数学模型,分析了影响光模声模激励与耦合以及泵浦光子、斯托克斯光子和声学或光学声子之间互作用效果的主要因素。在此基础上,给出了模式本征方程和耦合振幅方程相应的数值求解方法。（2）针对窄带光学滤波器的应用需求,提出了一种单峰、窄带宽、高增益的SBS效应增益谱操控方法,设计了一种锗氟共掺、折射率下陷包层结构的高布里渊增益光纤,仿真分析了光纤几何结构、掺杂类型和掺杂浓度对SBS增益谱特性的影响。实验结果表明:该高布里渊增益光纤的幅频响应呈现单通带的特点,当信号光功率为-40d Bm时,增益谱的-3 d B带宽为17 MHz、隔离度优于45 d B。在此基础上,构建了基于高布里渊增益光纤的光谱分析系统,分辨率高达0.1 pm,比传统光栅光谱分析系统分辨率提高了近200倍。（3）针对三维曲线重构的应用需求,提出了一种多峰SBS效应增益谱操控方法,仿真分析了光纤几何结构、掺杂浓度对增益谱特性以及温度应变传感性能的影响。构建了基于形变应变映射关系和旋转最小框架法的三维曲线重构数学模型,研究了三维圆柱螺旋线和二维U型曲线的重构效果,讨论了影响重构精度的因素,验证了该模型在具有拐点的曲线重构时的有效性。实验研究表明:采用上述模型、基于多芯光纤中SBS效应,对半径为5.2 cm、螺距为6 cm、长度为1.7 m的圆柱螺旋线进行重构时,相对误差为1.3%。（4）针对拉曼光纤激光器和放大器的应用需求,提出了一种高增益SRS效应增益谱的操控方法,设计了一种锗氟共掺、阶跃折射率下陷包层的高拉曼增益光纤,仿真分析了光纤几何结构、掺杂类型和掺杂浓度对SRS增益谱特性的影响,同时构建特殊的声波导结构优化了该光纤的布里渊阈值特性。在此基础上,采用电阻炉化学气相沉积（Furnace Chemical Vapor Deposition,FCVD）工艺制备得到了高拉曼增益光纤。第三方测试结果表明:该光纤的拉曼增益系数为3.64（W·km）-1,布里渊阈值为15.21 d Bm,光纤损耗为0.675 d B/km。
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