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一种利用布里渊谱宽确定光纤SBS阈值的新方法

李永倩,  李晓娟,  安琪,  张立欣

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李永倩, 李晓娟, 安琪, 张立欣. 一种利用布里渊谱宽确定光纤SBS阈值的新方法[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(2): 222001-0222001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0222001
引用本文: 李永倩, 李晓娟, 安琪, 张立欣. 一种利用布里渊谱宽确定光纤SBS阈值的新方法[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(2): 222001-0222001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0222001
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Li Yongqian, Li Xiaojuan, An Qi, Zhang Lixin. New method for the determination of SBS threshold in an optical fiber by employing Brillouin spectrum width[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2): 222001-0222001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0222001
Citation: Li Yongqian, Li Xiaojuan, An Qi, Zhang Lixin. New method for the determination of SBS threshold in an optical fiber by employing Brillouin spectrum width[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2): 222001-0222001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0222001
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一种利用布里渊谱宽确定光纤SBS阈值的新方法

doi: 10.3788/IRLA201746.0222001
  • 1.

    华北电力大学 电子与通信工程系,河北 保定 071003

基金项目: 

国家自然科学基金（61377088）;河北省自然科学基金（F2014502098，F2015502059）;中央高校基本科研业务费专项资金（2014XS77）

详细信息
    作者简介:

    李永倩(1958-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事光通信与光传感方面的研究。Email:liyongqian1958@163.com

    通讯作者: 李晓娟(1987-),女,博士生,主要从事光通信与光传感方面的研究。Email:dztxlxj@126.com

  • 中图分类号: TN929.11

New method for the determination of SBS threshold in an optical fiber by employing Brillouin spectrum width

  • 1.

    Department of Electronic and Communication Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China

  • 摘要: 针对传统的通过功率信息测量所得受激布里渊散射阈值偏高的问题，提出了一种利用布里渊散射谱宽确定光纤受激布里渊散射阈值的新方法。分析了本地外差检测的原理及布里渊散射谱宽与入纤光功率的关系；设计了基于本地外差检测的布里渊散射谱测量系统，在常温下对不同长度标准单模光纤的受激布里渊散射阈值进行了测量。实验结果表明：当光纤长度分别为48.8 km和9.5 km时，根据功率信息获得的受激布里渊散射阈值对应的布里渊散射谱宽均接近恒定值10 MHz，此时已发生严重的泵浦耗尽效应。利用布里渊散射谱表现出的低入纤功率时谱宽的线性下降特性和高入纤功率时谱宽的功率无关特性确定的两种光纤长度下的受激布里渊散射阈值分别为1.12 mW和3.8 mW，对应的布里渊散射谱宽分别为24.86 MHz和23 MHz，其值近似等于布里渊自然线宽。文中的研究结果对布里渊光时域反射系统最大入纤光功率的确定具有重要的参考价值。
    Abstract: To solve the problem that the obtained stimulated Brillouin scattering(SBS) threshold from the measurement of backscattered power and forward transmitted power was higher than its real value, a new method employing Brillouin scattering spectrum width for fiber SBS threshold determination was proposed. The principle of local optical heterodyne detection and the relationship of the Brillouin scattering spectrum width with the fiber input power were theoretically analyzed. Experimental setup for Brillouin scattering spectrum measurement based on local optical heterodyne detection was designed, and the SBS thresholds of two standard single-mode fibers with different length were measured at room temperature. The results show that the Brillouin scattering spectrum widths corresponding to the SBS thresholds of 48.8 km and 9.5 km long fibers obtained from the power information are all approximate to a constant value of 10 MHz, and the serious pump depletion effect has occurred. The SBS thresholds are 1.12 mW and 3.8 mW for 48.8 km and 9.5 km long fibers determined by using the characteristics of the linear decline of Brillouin scattering spectrum widths at low fiber input power and the power independence of spectrum widths at high input power presenting in the Brillouin scattering spectra. The corresponding Brillouin spectrum widths are 24.86 MHz and 23 MHz, respectively, which are approximately equal to the natural Brillouin linewidth. The results of this study can provide a theoretical basis for the determination of the maximum fiber input power in Brillouin optical time domain reflectometer system.
  • [1] Singh S P, Gangwar R, Singh N. Nonlinear scattering effects in optical fibers[J]. Progress in Electromagnetics Research, 2007, 74:379-405.
    [2] Aoki Y, Tajima K, Mito I. Input power limits of single-mode optical fibers due to stimulated Brillouin scattering in optical communication systems[J]. Journal of Lightwave Technology, 1988, 6(5):710-719.
    [3] Zhao Lijuan, Li Yongqian, Xu Zhiniu. Theoretical calculation of Brillouin scattering spectrum and SBS threshold in multimode fiber[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(S):93-98. (in Chinese)赵丽娟, 李永倩, 徐志钮. 多模光纤布里渊散射谱及阈值理论计算[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(S):93-98.
    [4] Norcia S, Tonda-Goldstein S, Dolfi D, et al. Efficient single-mode Brillouin fiber laser for low-noise optical carrier reduction of microwave signals[J]. Optics Letters, 2003, 28(20):1888-1890.
    [5] Tanemura T, Takushima Y, Kikuchi K. Narrowband optical filter, with a variable transmission spectrum, using stimulated Brillouin scattering in optical fiber[J]. Optics Letters, 2002, 27(17):1552-1554.
    [6] Zhang Yi, Bai Lianfa, Chen Qian, et al. Application of Brillouin scattering on underwater laser imaging detection[J]. Infrared and Laser Engineering, 2009, 38(4):665-668. (in Chinese)张毅, 柏连发, 陈钱, 等. 布里渊散射在水下激光成像探测中的应用[J]. 红外与激光工程, 2009, 38(4):665-668.
    [7] Shi J L, Tang Y J, Wei H J, et al. Temperature dependence of threshold and gain coefficient of stimulated Brillouin scattering in water[J]. Applied Physics B:Lasers and Optics, 2012, 108(4):717-720.
    [8] Parvizi R, Harun S W, Ali N M, et al. Investigation on threshold power of stimulated Brillouin scattering in photonic crystal fiber[J]. Optik, 2012, 123(13):1149-1152.
    [9] Sanchez-Lara R, Alvarez-Chavez J A, Mendez-Martinez F, et al. Threshold and maximum power evolution of stimulated Brillouin scattering and Rayleigh backscattering in a single mode fiber segment[J]. Laser Physics, 2015, 25(3):035103
    [10] Hu J H, Xia L, Yang L, et al. Strain-induced vibration and temperature sensing BOTDA system combined frequency sweeping and slope-assisted techniques[J]. Optics Express, 2016, 24(12):13610-13620.
    [11] Smith R G. Optical power handling capacity of low loss optical fibers as determined by stimulated Raman and Brillouin scattering[J]. Applied Optics, 1972, 11(11):2489-2494.
    [12] Lee C C, Chi S. Measurement of stimulated-Brillouin-scattering threshold for various types of fibers using Brillouin optical-time-domain reflectometer[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2000, 12(6):672-674.
    [13] Shimizu T, Nakajima K, Shiraki K, et al. Evaluation methods and requirements for the stimulated Brillouin scattering threshold in a single-mode fiber[J]. Optical Fiber Technology, 2008, 14(1):10-15.
    [14] Li C L, Lu Y G, Zhang X P. SNR enhancement in Brillouin optical time domain reflectometer using multi-wavelength coherent detection[J]. Electronics Letters, 2012, 48(18):1139-1141.
    [15] Bao X Y, Dhliwayo J, Heron N, et al. Experimental and theoretical studies on a distributed temperature sensor based on Brillouin scattering[J]. Journal of Lightwave Technology, 1995, 13(7):1340-1348.
    [16] Iida D, Ito F. Detection sensitivity of Brillouin scattering near Fresnel reflection in BOTDR measurement[J]. Journal of Lightwave Technology, 2008, 26(4):417-424.
    [17] Nguyen-Vo N-M, Pfeifer S J. A model of spontaneous Brillouin scattering as the noise source for stimulated scattering[J]. IEEE Journal of Quantum Electronics, 1993, 29(2):508-514.
    [18] Shimizu K, Horiguchi T, Koyamada Y, et al. Coherent self-heterodyne detection of spontaneously Brillouin-scattered light waves in a single-mode fiber[J]. Optics Letters, 1993, 18(3):185-187.
    [19] Boyd R W, Rzazewski K, Narum P. Noise initiation of stimulated Brillouin scattering[J]. Physical Review A, 1990, 42(9):5514-5520.
  • [1] 陈彬, 白振旭, 赵桂娟, 王雨雷, 吕志伟.  熔融石英中实现高效率的百毫焦受激布里渊散射 . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230421-1-20230421-4. doi: 10.3788/IRLA20230421
    [2] 廉玉东, 胡祺, 解璐洋, 靳鹏, 杜奋娇, 王雨雷, 吕志伟.  介质FC-770受激布里渊散射脉冲压缩Stokes线宽特性研究（特邀） . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230402-1-20230402-6. doi: 10.3788/IRLA20230402
    [3] 王天齐, 康治军, 孟冬冬, 邱基斯, 刘昊.  受激布里渊散射相位共轭镜在高功率纳秒激光器中的应用进展 . 红外与激光工程, 2021, 50(5): 20211024-1-20211024-12. doi: 10.3788/IRLA20211024
    [4] 谭腾, 姚佰承.  新型功能化光纤微腔光频梳 . 红外与激光工程, 2021, 50(5): 20211025-1-20211025-2. doi: 10.3788/IRLA20211025
    [5] 黄磊, 熊正东, 程庭清, 江海河.  2.79 μm Cr, Er: YSGG激光光纤耦合的实验探究 . 红外与激光工程, 2021, 50(S2): 20210236-1-20210236-6. doi: 10.3788/IRLA20210236
    [6] 张颖, 柯熙政, 陈明莎.  受激布里渊散射波前畸变校正仿真实验 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1122001-1122001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1122001
    [7] 张美玲, 邹华, 刘金升, 王淋正.  基于四象限探测器的光纤焦比退化的测量方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(6): 617001-0617001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0617001
    [8] 张倩, 张培晴, 曾江辉, 戴世勋, 王训四.  中红外Ge20As20Se15Te45硫系玻璃光纤光栅光开关 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 720002-0720002(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0720002
    [9] 贾晓, 朱恒静, 张红旗, 毛喜平, 王征, 贾秋阳.  纯硅芯光纤的空间辐照环境适应性 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 822002-0822002(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0822002
    [10] 李永倩, 王文平, 李晓娟, 范寒柏.  APD检测Golay编码BOTDR系统的建模分析与优化设计 . 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1122002-1122002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.1122002
    [11] 李永倩, 安琪, 李晓娟, 张立欣.  增益型受激布里渊相移谱宽范围功率特性 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 106001-0106001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0106001
    [12] 贺静波, 许江湖.  无色散光纤信道的非线性演化 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 422004-0422004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0422004
    [13] 刘福华, 王平, 冯刚, 陈绍武, 武俊杰, 刘卫平, 谢红刚.  γ辐射对光纤色散的影响 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 118001-0118001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0118001
    [14] 许彦涛, 郭海涛, 陆敏, 韦玮, 彭波.  低损耗芯包结构Ge-Sb-Se 硫系玻璃光纤的制备与性能研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 182-187.
    [15] 张宇, 金春水, 马冬梅, 王丽萍.  光纤相移点衍射干涉仪关键技术 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 254-259.
    [16] 赵丽娟, 李永倩, 徐志钮.  多模光纤布里渊散射谱及阈值理论计算 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 93-98.
    [17] 高业胜, 刘志明, 韩正英, 赵耀.  基于布里渊散射的保偏光纤环应力分布特性研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4056-4060.
    [18] 段洁, 孙向阳, 安志勇.  光纤耦合技术的星图模拟技术研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3592-3596.
    [19] 王国松.  受激布里渊散射位相共轭激光器自调Q机理研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(6): 1437-1442.
    [20] 刘福华, 安毓英, 王平, 陈绍武, 谢红刚, 刘卫平, 邵碧波.  脉冲γ射线对光纤的辐射感生损耗 . 红外与激光工程, 2013, 42(4): 1056-1062.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-05
  • 修回日期:  2016-07-15
  • 刊出日期:  2017-02-25

一种利用布里渊谱宽确定光纤SBS阈值的新方法

doi: 10.3788/IRLA201746.0222001
  • 1. 华北电力大学 电子与通信工程系,河北 保定 071003
    • 作者简介:

    李永倩(1958-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事光通信与光传感方面的研究。Email:liyongqian1958@163.com

    通讯作者: 李晓娟(1987-),女,博士生,主要从事光通信与光传感方面的研究。Email:dztxlxj@126.com
  • 收稿日期: 2016-06-05
  • 修回日期: 2016-07-15
  • 刊出日期: 2017-02-25
基金项目:

国家自然科学基金（61377088）;河北省自然科学基金（F2014502098，F2015502059）;中央高校基本科研业务费专项资金（2014XS77）

  • 中图分类号: TN929.11

摘要: 针对传统的通过功率信息测量所得受激布里渊散射阈值偏高的问题，提出了一种利用布里渊散射谱宽确定光纤受激布里渊散射阈值的新方法。分析了本地外差检测的原理及布里渊散射谱宽与入纤光功率的关系；设计了基于本地外差检测的布里渊散射谱测量系统，在常温下对不同长度标准单模光纤的受激布里渊散射阈值进行了测量。实验结果表明：当光纤长度分别为48.8 km和9.5 km时，根据功率信息获得的受激布里渊散射阈值对应的布里渊散射谱宽均接近恒定值10 MHz，此时已发生严重的泵浦耗尽效应。利用布里渊散射谱表现出的低入纤功率时谱宽的线性下降特性和高入纤功率时谱宽的功率无关特性确定的两种光纤长度下的受激布里渊散射阈值分别为1.12 mW和3.8 mW，对应的布里渊散射谱宽分别为24.86 MHz和23 MHz，其值近似等于布里渊自然线宽。文中的研究结果对布里渊光时域反射系统最大入纤光功率的确定具有重要的参考价值。

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