基于光纤非线性效应的可控慢光技术研究(3)
随后的时间里，人们尝试在不同的介质里中开展对慢光技术的研究，并且在稀土掺杂材料、金属气体、光子晶体、光纤等介质中实现了对光速的减慢。慢光就是要增大介质折射率，使光信号在介质中的传播速度减小，甚至是将光速减为零，就像将光信号冻结在介质中。慢光技术能够使光存储和全光通信成为可能，进而在未来的全光缓存、光信号处理、量子计算等系统中发挥巨大作用。
当前各个领域都非常看重对慢光技术的研究，目前产生慢光效应的普遍方法有电磁感应透明技术（EIT）、相干布居数振荡（CPO）、受激布里渊散射（SBS）、受激拉曼散射（SRS）等。本次毕业设计主要对 技术产生慢光效应的方法进行深入探讨。
1.2 慢光效应的应用前景
人们在研究减慢光速的过程中也在摸索慢光技术在科研中的应用。首先可以将慢光技术应用到光缓存器，这样不仅能够避免网络节点的光电转换，而且可以解决信号通道的竞争问题。在相位控制阵列雷达波束的控制方面，慢光技术可以进行对微波信号的真延时，并且与光学延迟线技术相比更具优点，例如扫描速度更快、波束方向更加精确并且连续可调、微波信号的能耗更小、便于集成等。
和电信号相比，光信号能传输更大的信息量，因此光在信息的处理方面发挥着独特的作用。但由于现在设备只能识别电信号，目前通信系统中存在大量光电、电光转换过程，这一过程不仅丢失了光信号中的相位和偏振信息、带来了带宽瓶颈，还增加了设备复杂性，降低了系统稳定性和可靠性，很大程度地束缚了光信息技术的进一步发展。因此，人们希望有一天能够实现全光通信（All-optical communication）技术，不仅可以充分利用光纤带宽优势，还省去了大量光电、电光转换接口，节约很多成本。而慢光技术的出现是一个重要节点，也给全光通信的实现带来了一片曙光。
通过光纤中 方法来实现可控慢光的想法是在2002年由R.W.Boyd教授和D.J.Gauthier教授提出的。光纤中的 具有低阈值、窄线宽、结构灵活易于实现等优点。因此 在慢光技术、激光器以及传感技术等方面很有应用潜力。
1.3 基于SBS产生慢光的研究状况
2 光纤中的SBS介绍
2.1 光散射现象
光线通过玻璃块、水等均匀透明介质时从侧面看不到光线的轨迹，而当介质变为浑浊液体、烟雾等不均匀物体时从侧面就可以清晰地看到光线的传播路径。这种现象就是由于传输介质内部的不均匀使光束向各个方向发散导致的。所谓光的散射就是指物质中的微粒对光束作用使光束偏离初始传播方向的现象[2]。
目前主要的散射现象有瑞丽散射（Rayleigh Scattering, RLS）、米氏散射(Mie Scattering, MS)、拉曼散射(Raman Scattering, RS)和布里渊散射(Brillouin Scattering, BS)等。RLS是指尺寸远小于光波长的粒子（微粒线度小于λ/10）对光束的散射作用，例如烟、雾等微小颗粒。瑞丽在研究尺寸远小于光波长的粒子对光束的散射现象之后，总结出以下主要特点：
（1）散射光的强度与入射光频率的四次方成正比，表明瑞丽散射中波长短的光波散射能力更强，因此我们看到的天空是蔚蓝的，夕阳是橘红色的；
（2）散射光的强度与入射光束夹角有关，也就是说，在不同的观察方向上，散射光的强度也不同；
（3）散射光的偏振性受散射光与偶极矩方向的夹角影响。
当粒子尺寸较大时（微粒线度大于10λ），以上规律不再适用，散射光强与入射光波长无关，这种散射被称为MS。
上述RLS和MS的散射光波频率与入射光波频率一致。而RS和BS的散射光中会产生与入射光频率不同的光谱成分。RS是指光波通过介质过程中，由入射光波与介质的分子运动之间产生相互作用而导致光频率发生改变的散射现象。由于介质中的分子都以固有频率 进行振动，其极化率也随固有频率 一起变化。当频率为 的光束在介质中传播时，两种频率不同的信号之间相互作用产生频率分别为 和 的光信号，所产生的光信号即为拉曼散射光。RS具有如下特征：散射光谱线位于入射光谱线两侧，且两者到入射光谱线的距离相等。频率减小到 的谱线称为斯托克斯线（Stokes），频率增大到 的谱线称为反斯托克斯线（anti-Stokes）；散射光和入射光间的频率差 （ ）与介质本身的固有频率 一致，与入射光信号的频率 无关；RS产生的散射光强比RLS光强度小得多。