哈工大董永康教授課題組提出絕熱前向受激布里淵散射新機(jī)制

董永康教授課題組在前向受激布里淵散射領(lǐng)域取得重大突破，提出絕熱機(jī)制解決溫度敏感度問題，通過鍍鋁光纖實現(xiàn)精準(zhǔn)溫度補(bǔ)償，推動F-SBS在極端環(huán)境應(yīng)用，為波導(dǎo)光聲器件設(shè)計提供新理論和技術(shù)支持。

近日，航天學(xué)院董永康教授課題組在前向受激布里淵散射領(lǐng)域取得突破。研究成果以《絕熱前向受激布里淵散射》(Athermal Forward Stimulated Brillouin Scattering)為題發(fā)表在《激光與光子學(xué)評論》(Laser & Photonics Reviews)上。前向受激布里淵散射(Forward stimulatedBrillouin scattering, F-SBS)是一種非線性聲光耦合效應(yīng)，其通過橫向共振聲波獨(dú)特的“由內(nèi)至外”感知能力，在環(huán)境物質(zhì)識別、能源勘探以及智慧醫(yī)療等領(lǐng)域展現(xiàn)出極大應(yīng)用潛力。然而，在實際應(yīng)用中，環(huán)境溫度的波動會造成F-SBS中橫向聲波的共振頻率發(fā)生顯著漂移，其溫度敏感度主要源自材料聲速的熱效應(yīng)，嚴(yán)重制約F-SBS在溫度敏感場景下的穩(wěn)定性，并對高精度傳感提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。目前，現(xiàn)有技術(shù)難以從傳感機(jī)理層面突破這一瓶頸。
鍍鋁光纖中鋁層厚度和包層半徑的比例設(shè)計與表征
絕熱前向受激布里淵散射的實驗結(jié)果
針對這一技術(shù)難題，董永康教授課題組提出了絕熱前向受激布里淵散射機(jī)制，通過理論建模、多物理場仿真以及實驗驗證的閉環(huán)研究，創(chuàng)新性地利用鍍鋁光纖解決了F-SBS技術(shù)長期存在的溫度敏感度問題。該研究使用鋁涂敷層作為熱補(bǔ)償器，通過精確設(shè)計鋁涂層厚度與光纖包層半徑比例關(guān)系，使鋁涂層的負(fù)溫度效應(yīng)可抵消光纖包層的正溫度效應(yīng)對聲波傳播的影響，從而使鍍鋁光纖中橫向聲波的等效聲速-溫度系數(shù)趨近于零，實現(xiàn)絕熱的F-SBS。此外，通過調(diào)控鋁涂層的空間分布權(quán)重，可進(jìn)一步實現(xiàn)對F-SBS共振頻率溫度響應(yīng)的精準(zhǔn)調(diào)控。課題組提出的絕熱前向受激布里淵散射新機(jī)制，不僅推動了前向受激布里淵散射在極端環(huán)境(如航空航天、深海探測)中的應(yīng)用，也為多個波導(dǎo)光聲器件(如布里淵光纖激光器、聲光調(diào)制器)的溫度補(bǔ)償設(shè)計提供了全新的理論和技術(shù)支持。
哈工大為論文唯一通訊單位，航天學(xué)院博士生任玉麗為論文第一作者，董永康教授為論文唯一通訊作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目支持。