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咱们来聊聊一个常见的误区：很多人以为峰值功率越小，非线性效应就会变弱。但这个想法并不总是对的，特别是在咱们讨论那些通过单模光纤传输的超短激光脉冲时。比如说，有一种激光器，它的脉冲重复率是1 GHz，这种激光器发出的脉冲在傅里叶频谱上看起来就像一把梳子，有很多等间距的细线。
这些脉冲在单模光纤里传播的时候，可能会引起一种叫做受激布里渊散射（SBS）的现象，一旦功率超过了某个界限，光纤就会把大部分光功率反射回去。为了解决这个问题，咱们可以试试在保持平均功率和重复频率frep不变的情况下，改变脉冲的持续时间。以下面的示意图为例：其中 E 是脉冲能量， Pavg 是平均功率，Δt 是脉冲周期，与脉冲的重复频率frep成反比。其中Ppeak是峰值功率，τ 是脉冲宽度也就是脉冲的持续时间。从而有：
从上面的公式中我们可能会认为当脉冲持续时间变长了，因为峰值功率的降低，非线性效应也会减少。但这种想法没考虑到光带宽的变化。如果我们将脉冲持续 τ 时间加倍，保持平均功率Pavg 和重复频率frep不变，那么峰值功率将降低 2 倍 。我们原以为的期望是非线性效应会变弱。但实际上，当脉冲持续时间变长时，在频域中的光带宽也会变窄，导致频谱中每条线的功率增加。每条线的功率与脉冲能量成正比，与带宽Δf成反比。
这里，Δf 描述的是频域中的宽度，而τ是脉冲持续时间，描述的是时域中的宽度。所以，SBS效应实际上会变得更厉害，这在频域里容易理解，但在时域里就有点违反我们的直觉了。为什么呢，咱们得明白布里渊散射是一个累积效应，涉及到在光纤里激发声波。这些声波的寿命比脉冲间隔要长，所以每个脉冲都会对前一个脉冲产生的声波产生影响。在某些频率上，这种周期性的“踢”会导致谐振激励，就像一个振荡器一样。再深入一点，单个脉冲对声波的贡献和电场振幅、脉冲持续时间是成正比的。如果我们把脉冲持续时间增加一倍，场振幅只会减少根号2倍，因为峰值功率减半了。所以，即使脉冲能量没变，场振幅和脉冲持续时间的乘积也会增加，这意味着一个脉冲添加到声波中的能量会增加一倍。另一种情况，当我们改将脉冲重复频率加倍时，也会发现类似的效果。虽然每个脉冲对声波振幅的贡献减少了2的平方根系数，但由于每个时间间隔的脉冲数翻倍了，总体效果更大。在频域里，我们会看到因为线间距变大，每条线的功率增加了。通过上面的分析，当我们在讨论非线性与光脉冲峰值功率的关系时，应该持谨慎的态度。同时与之相关的SBS阈值功率，也不是一个固定值，而是和功率谱密度密切相关，它不仅取决于峰值功率，还和脉冲持续时间和重复频率有关。邀请您加入我们的社，获取海量半导体领域的Ebook、技术文档、研报:
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