研究目的
研究高阶斯托克斯效应对自脉动激光器中极端动力学的影响，并理解级联受激布里渊散射作用下极端事件的产生机制。
研究成果
研究表明，增加与增益介质相互作用的受激布里渊散射（SBS）阶数，可产生仅考虑单阶SBS的模型所无法预测的极端事件。这些发现表明，级联SBS能显著影响自脉冲光纤激光器的动力学特性，可能导致光纤发生不可逆损伤。该模型为进一步理解和控制激光不稳定性奠定了基础。
研究不足
该研究基于数值模拟，而此类极端事件在实际物理系统中的实施与观测可能带来模型中未涵盖的额外挑战。
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[2019年IEEE欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019年6月23日-27日）] 2019年欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 自脉动光纤激光器中级联受激布里渊散射产生极端事件
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[2019年IEEE欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019年6月23日-27日）] 2019年欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 自脉动光纤激光器中级联受激布里渊散射产生极端事件
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8872945
出版年份：2019
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
十多年来，在各类光学系统中观测到了极端振幅事件和罕见不稳定性。特别是在拉曼光纤激光器、激光二极管或锁模激光器等耗散系统中，已观察到长尾统计特性和高度局域化的时间结构[1,2]。最新研究表明，受激布里渊散射(SBS)能在多种构型中触发极端事件产生——从自脉动光纤激光器[3,4]到Q开关随机光纤激光器[5]。众所周知，SBS的随机特性会促进随机分布巨脉冲的出现，这些脉冲可能导致光纤激光系统不可逆损伤。为理解和驾驭此类极端事件，必须建立并完善数值模型。
在自脉动光纤激光器领域，现有研究多仅考虑一两个基本斯托克斯阶数[6]。这类模型虽能良好描述掺铒光纤激光器通过SBS实现Q开关时的大幅脉冲间强度涨落，但未能预测任何极端事件[6]。本文在文献[3]模型基础上进行扩展，通过推广至更高斯托克斯阶数来研究其对自脉动激光器极端动力学的影响。该模型基于耦合振幅方程组，描述了激光波与布里渊波及其对应声场的时空动力学特性，以及各波增益的时间变化。我们还引入物质方程以表征有源光纤未泵浦段可能出现的饱和吸收效应。
研究表明：增加与增益介质相互作用的SBS阶数会呈现新动力学行为，从而产生单SBS阶数模型未能预测的极端事件。如图1所示，我们预测会出现振幅达到所谓显著波高27倍的脉冲，这证实了极端振幅事件的存在——此类巨脉冲可能达到光纤不可逆损伤阈值。我们还全面研究了影响动力学行为的不同参数（包括对激光器动态特性具有强影响并能调控激光不稳定性最高强度的斯托克斯阶数），并讨论了输入噪声等其他参数对系统动力学的影响，证明该简化模型能为理解SBS影响下的复杂随机动力学奠定基础。
作者：
D. Boukhaoui，D. Mallek，A. Kellou，H. Leblond，F. Sanchez，T. Godin，A. Hideur
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