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在过去的十年间,慢光和快光技术吸引了很多人的注意力,因为这种技术为实现光信号的可调谐延迟提供了可能性。在光纤中实现慢光的技术主要包括:电磁感应透明(EIT)、相干布居数振荡(CPO)、受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)等。2007年Zhaoming Zhu等人提出了基于受激布里渊散射(SBS)的光存储模型,包含信息的数据脉冲在与反方向传播的写脉冲作用后,将信息传递给光纤中的声激励,随后声激励与读脉冲作用,又将信息传递给恢复的数据脉冲。这种基于SBS的光存储技术具有存储时间连续可调、对光的工作频率没有限制等优点。本文对基于受激布里渊散射(SBS)的光存储技术进行了理论研究和数值模拟,主要内容包括:
1.根据麦克斯韦方程组和纳维-斯托克斯方程推导出受激布里渊散射的耦合波方程组。讨论了发生受激布里渊散射的阈值条件以及SBS光存储过程中的相位匹配条件。在经过一些近似处理之后,对耦合波方程组进行离散化,从而建立了SBS光存储的数学模型,并通过Matlab编程进行数值模拟。
2.讨论了SBS光存储的基本规律,SBS光存储的结果主要由恢复的数据脉冲的读出效率和脉宽来描述,读出效率越大,脉宽越接近原始数据脉冲的脉宽,说明SBS光存储的结果越好。讨论了存储时间、读写脉冲的功率以及声子寿命对恢复的数据脉冲的读出效率和脉宽的影响。
3.讨论了频谱对基于SBS的光存储的影响。相同脉冲波形时(比如都是高斯脉冲),脉宽越小,频谱越宽;脉宽越大,频谱越窄。相同脉宽时(比如都是2ns),矩形脉冲、高斯脉冲、指数脉冲的频谱宽度依次减小。(比如都是1.5ns),高斯脉冲、矩形脉冲、啁啾高斯脉冲的频谱宽度依次增大。
(1).模拟了读写脉冲为1.5ns高斯脉冲时,数据脉冲分别为2ns的高斯脉冲、指数脉冲和矩形脉冲三种情况下的SBS光存储。讨论了三种数据脉冲情况下的恢复的数据脉冲的畸变、读出效率和脉宽与频谱的关系。
(2).为了便于对比,将(1)中的读写脉冲由1.5ns高斯脉冲分别改为1.5ns矩形脉冲和1.5ns啁啾高斯脉冲,重复(1)中的计算,并讨论SBS光存储的规律。
(3).模拟了数据脉冲为2ns高斯脉冲时,写脉冲和读脉冲分别是1.5ns高斯脉冲、矩形脉冲、啁啾高斯脉冲三种情况时的SBS光存储。讨论了九种数据脉冲情况下的恢复的数据脉冲的畸变、读出效率和脉宽与频谱的关系。