什么是光纖中的布里淵散射

在光纖中傳播的光波，其大部分是前向傳播的，但由于光纖的非結晶材料在微觀(guān)空間存在不均勻結構，有一小部分光會(huì )發(fā)生散射。光纖中的散射過(guò)程主要有三種：瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射，它們的散射機理各不相同。其中，布里淵散射是光波與聲波在光纖中傳播時(shí)相互作用而產(chǎn)生的光散射過(guò)程，在不同的條件下，布里淵散射又分別以自發(fā)散射和受激散射兩種形式表現出來(lái)。

　　在注入光功率不高的情況下，光纖材料分子的布朗運動(dòng)將產(chǎn)生聲學(xué)噪聲，當這種聲學(xué)噪聲在光纖中傳播時(shí)，其壓力差將引起光纖材料折射率的變化，從而對傳輸光產(chǎn)生自發(fā)散射作用，同時(shí)聲波在材料中的傳播將使壓力差及折射率變化呈現周期性，導致散射光頻率相對于傳輸光有一個(gè)多普勒頻移，這種散射稱(chēng)為自發(fā)布里淵散射。自發(fā)布里淵散射可用量子物理學(xué)解釋如下：一個(gè)泵浦光子轉換成一個(gè)新的頻率較低的斯托克斯光子并同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新的聲子；同樣地，一個(gè)泵浦光子吸收一個(gè)聲子的能量轉換成一個(gè)新的頻率較高的反斯托克斯光子。因此在自發(fā)布里淵散射光譜中，同時(shí)存在能量相當的斯托克斯和反斯托克斯兩條譜線(xiàn)，其相對于入射光的頻移大小與光纖材料聲子的特性有直接關(guān)系。

　　由于構成光纖的硅材料是一種電致伸縮材料，當大功率的泵浦光在光纖中傳播時(shí)，其折射率會(huì )增加，產(chǎn)生電致伸縮效應，導致大部分傳輸光被轉化為反向傳輸的散射光，產(chǎn)生受激布里淵散射。具體過(guò)程是：當泵浦光在光纖中傳播時(shí)，其自發(fā)布里淵散射光沿泵浦光相反的方向傳播，當泵浦光的強度增大時(shí)，自發(fā)布里淵散射的強度增加，當增大到一定程度時(shí)，反向傳輸的斯托克斯光和泵浦光將發(fā)生干涉作用，產(chǎn)生較強的干涉條紋，使光纖局部折射率大大增加。這樣由于電致伸縮效應，就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)聲波，聲波的產(chǎn)生激發(fā)出更多的布里淵散射光，激發(fā)出來(lái)的散射光又加強聲波，如此相互作用，產(chǎn)生很強的散射，這就是受激布里淵散射（SBS）。相對于光波而言，聲波的能量可忽略，因此在不考慮聲波的情況下，這種SBS過(guò)程可以概括為頻率較高的泵浦光的能量向頻率低的斯托克斯光轉移的過(guò)程。這樣受激布里淵散射可以看成僅僅是在有泵浦光存在的情況下在電致伸縮材料中傳播的斯托克斯光經(jīng)歷了一個(gè)光增益的過(guò)程。在受激布里淵散射中，雖然理論上反斯托克斯和斯托克斯光都存在，一般情況下只表現為斯托克斯光。