受激布里渊散射介绍

受激布里渊散射介绍

印新达

武汉光迅科技股份有限公司

简述。在向较长的光纤中发射激光时，如果超过了某个最大临界功率，则由于线宽和光纤类型的原因，可能会发生强烈的反射，从而导致在光纤另一端所观测到的功率达到最大极限值，这就是受激布里渊散射（SBS）。 显而易见，受激布里渊散射（SBS）现象将对传输功率产生限制，并且引发信号噪声。该现象起源于光纤中的声波对信号光的反向散射。在较短的光纤中，也会发生这种现象，但程度要轻微得多。被散射的光将产生一个等于布里渊散射漂移频率的偏移，变为较低的光频（较长的波长），这是光纤材料的一项固有特性。普通单模石英光纤的漂移频率约为11GHz（波长0.09nm）。如果光纤中前向和反向传输的光之间的频率差恰好等于布里渊散射漂移频率，则反向散射光将引起更多的前向传输的光信号被反向散射。因此，如果信号功率足够大，由该受激反向散射所导致的反向散射光功率，可能会超过因为光纤衰减而损失的功率。

为了实现更大距离与更高速率的传输，现代传输系统的光发射功率越来越大。因此，人们不得不考虑非线性效应，特别是受激布里渊散射（SBS）等现象，而系统设计者们也需要在功率分配要求与由SBS等非线性效应所引起的信号损失这两者之间进行平衡。

为了使光纤放大器的高输出功率能够有效地注入单模光纤，必须提高SBS门限功率。采用的方法主要是对信号光源作附加调制或对外调制器作附加调相，使入射光的谱宽增大。

1 SBS的产生和物理现象

当注入光纤中的光功率从0开始增加，在光功率很小时，光纤中不产生非线性过程。当注入光纤功率增加到超过某一阈值光功率后，光纤中出现非线性过程。该非线性过程产生的物理现象是：绝大部分输入光功率转换为后向散射的斯托克斯光波。这一非线性过程称为受激布里渊散射。产生SBS的阈值光功率与入射光波的谱宽有关。对连续光波或相对较宽的脉冲光波(≥1Ixs)，SBS的阈值光功率可低至lmW(0dBm)；而对脉冲宽度

2 SBS产生机理及减小SBS对光纤传输影响的方法

2．1 SBS产生机理

SBS过程可经典地描述为泵浦光波(即注入光纤的信号光)、斯托克斯光波和声波之问的参量相互作用。泵浦光波通过对光纤的电致伸缩产生声波，该声波对光纤的折射率周期性调制，在光纤中产生折射率光栅。泵浦光通过该光栅时，由于光栅的布喇格散射，使泵浦光后向散射产生斯托克斯光。斯托克斯光的频率比泵浦光下移，频移B为：

式中n为光纤折射率，VA为声波速度，入P为泵浦光波长。石英光纤中声波速度V =5．95km／s，n=1．45，则在入 =1550nm 附近斯托克斯光波的频移 =11．1GHz，即斯托克斯光波频率比波长为1550nm的光波频率低11．1GHz，二者的波长相差不到0．1nm。

2．2 SBS的阈值光功率

光纤中SBS的形成需要考虑泵浦光波与反向斯托克斯光波之间的相互作用。在稳态条件下，可以用功率耦合波方程来确定。对功率耦合波方程求解，可以得到SBS的阈值光功率：

式中gB 为布里渊增益系数，Aeff 为光纤的有效纤芯面积，Leff 为有效作用长度， ΔB为布里渊线宽，ΔP为泵浦光谱宽。有效作用长度(即泵浦光与斯托克斯光相互作用长度)与光纤的单位长度衰减系数Aeff和光纤长度Leff 有关，有：

对于输入光波长(即泵浦光)hp=1550nm，光纤芯折射率n=1．46，声波速度V =5839m／s，布里渊频移B =lIGHz，布里渊线宽ΔB=20～200MHz(取ΔB=100MHz)时：

此时有简化公式：

外调制光发射机输出的光谱线宽很小，ΔP

例如只要将外调制光发射机中DFB—LD输出的窄线宽(约0.001-0.0001nm范围)激光光谱宽度展宽到0.016nm即可使SBS的阈值光功率提高到16.5dBm。

3 光迅公司的SBS抑制器产品

型号：UPM16 — 01A 23

SBS抑制能力(DML Laser)：23dBm

产品参考图片：