LBTEK 提供的SBM系列光谱展宽模块利用独特的光谱精细调控技术，应用于窄线宽连续激光器种子源的光谱展宽，解决高功率激光放大过程中功率受限于光纤中受激布里渊散射（SBS）效应的技术难题。采用灵活的多频信号或调P序列的高阶相位调制技术，集成了高速数字波形生成、射频功率放大、高速相位调制器，以及嵌入式软硬件系统，帮助用户获得理想的类矩形平坦光谱，抑制高功率激光器的自脉冲现象，实现高频谱效率的光谱合成，可根据用户的目标需求与应用场景，最大化高功率激光系统输出功率。同时，本产品的模块化设计兼具高稳定性和高可靠性。
1075 nm窄线宽种子源（线宽最大20 KHz）实测光谱展宽曲线，纵轴为光谱强度，横轴为光谱频率
光谱展宽模块
一、原理
根据场的量子理论，可以将受激布里渊散射过程看成是光子场与声子场之间的相干散射过程，所谓声子就是声波场量子化的粒子，在整个SBS过程中，入射光子、散射光子和声子满足能量守恒和动量守恒关系，将频率小于入射光频率的散射光称为斯托克斯光（Stokes），将频率大于入射光频率的散射光成为反斯托克斯光（Anti-Stokes）。斯托克斯散射光产生过程为一个较高频率的入射光子湮灭，通过电致伸缩机制在光纤中产生一个感应声子和较低频率的斯托克斯光；反斯托克斯散射光过程为一个较低频率的入射光子和一个声子同时湮灭产生一个反斯托克斯光光子。由于声波在介质中存在衰减，故而斯托克斯光实际上并不是一个单频光，存在一个谱线形状，其线宽称之为布里渊线宽ΓB，其值为声子的寿命τp的倒数。布里渊增益因子gB是受激布里渊耦合方程中一个重要的参数，其一般情况下使用洛伦兹线型进行近似：
Ω表示声子的频率，ΩB表示布里渊频移。
其中
其中，υ为声速，c为光速，n为介质折射率，γe表示光纤的电致伸缩常数，ρ0表示光纤的密度，ω表示入射光子的频率。
散射光于入射光的频率差称为布里渊频移（Brillouin frequency shift），仅考虑光纤中的后向散射，后向布里渊频移为：
光纤中入射光功率达到一定高的阈值时候，入射光和布里渊散射光相互之间会再次产生相互作用引起光纤中电场剧烈变动而导致光纤中应力的变化，即所谓的电致伸缩效应，这会导致声场的进一步增强，而该增强的声场又反馈给布里渊散射导致散射更多的光，形成正反馈使得后向散射光急剧增加，一般会观测到后向散射光会随着入射功率增加呈现指数增长，受激布里渊散射的阈值 Pth 一般由下列式子给出：
其中Leff 表示光纤的有效长度，由光纤损耗和实际长度确定；Aeff 表示光纤的有效模面积，与光纤的类型等密切相关；该表达式只是一个常规一般的简单形式，在考虑偏振等其他因素时候会有更多参数。光纤中受激布里渊散射和入射光方向相反，意味着在高功率放大器系统中如果受激布里渊效应的散射光产生就会在系统光纤中产生较大的回光，反向进入相关精密器件中打坏仪器，引起整个系统工作异常，故而受激布里渊散射在高功率系统中可以说一旦产生，对系统造成的影响就是致命的。
受激布里渊效应产生会导致回光随入射光呈现指数形式的增长，提高SBS阈值才能使得系统整体的功率更高一层。常见的SBS抑制方法可以大体分为两种，一是从光纤上进行改善，对光纤的一些物理特性进行改进以提高功率阈值；二是对光纤中的光进行操控，如改变光谱的频谱之类的方法，使得光纤中功率进一步提升。通过对光谱操控以更改种子光的输入光频率分布、谱线形状等参数可以有效抑制光纤中受激布里渊散射，光谱展宽模块是通过相位调制展宽光谱，进而抑制光纤中受激布里渊散射。从频域角度分析，相位调制方法使得种子源的单频激光得以展宽，能够将原本的集中在很窄（MHz 量级）的光谱信号功率分散到更宽（GHz 量级）的频率分布上，这样使得每个频率分量的功率大幅度下降，使得对应布里渊增益谱的线宽增加，进而提高 SBS 阈值。调制驱动信号具有很多种表达方式，任意信号的相位调制具体理论公式上的分析十分复杂，从最基本的单频调制信号对单频输入光进行单极相位调制的情况进行分析。
假设单频信号的光场为：
式中 E0 代表光场幅值大小，υ0 为光的频率。当调制信号为正弦单频信号时候，假设其表达式为：
ψ0、νm和 φ0 分别表示该单频信号的振幅、频率和初相位。
调制信号经过电放将振幅放大了A倍后，进入电光调制器，电光调制器存在一个半波电压 Vπ，根据相位调制器的相关理论可以得到经过调制之后的光信号为：
其中，\( 𝛿_1 = 𝜋𝐴𝜓_0/𝑉_𝜋 \) 表示相位调制的调制深度，可以看出其和进入调制器的信号幅度以及调制器自身的半波电压 Vπ直接相关。
上面公式可以通过贝塞尔函数展宽得到：
其中， n为整数， Jn（δ1）表示第一类贝塞尔函数的系数在δ1处的 n阶的取值。
单频信号经过单频的正弦相位调制之后会得到多个频率的频谱输出，由贝塞尔函数特性可知，随着 n增大， Jn（δ1）越来越小到趋于零，即在更高阶的调制结果基本功率很小可以忽略不计；在低阶情况下，对应的频率的幅度由调制深度 δ1和调制频率 Vm决定。从单频相位调制向一般的周期信号的调制进行过渡可以从傅里叶级数的角度考虑，一般周期信号进行傅里叶级数展开可以得到一系列的正弦信号的叠加，其中这些正弦信号的叠加经过电光相位调制器的转换变成光在相位上的一系列正弦信号的叠加，但是其展开形式是十分复杂的，并且其中包含了多级的求和。
二、定义
1.受激布里渊散射：由于光子和分子的相互作用，当入射光过强时，光纤的二氧化硅晶格产生光散射，形成频率偏移散射波，入射光的部分能量转给了后向散射光。绝大部分输入光功率转换为后向散射的斯托克斯光波，这一非线性的过程称为受激布里渊散射 (StimulatedBrillouin Scattering，SBS)
2.布里渊增益谱： 布里渊增益和频率之间的函数关系，也可表示为布里渊增益随波长的变化。
3.线宽：单个纵模的频谱宽度。
4.谱宽：多个纵模的频谱宽度。
三、应用
1.窄线宽光信号光谱展宽
2.光纤系统SBS抑制
3.高功率激光放大系统
4.相干合成高功率激光系统
5.光谱合成高功率激光系统
使用光纤作为激光介质的激光器就是光纤激光器。窄线宽光纤放大器在光纤传感、相干激光雷达、大功率相干合成、非线性频率转换、相干光通信、光原子钟、引力波探测等特殊领域上都有着重要的应用价值。对高功率窄线宽光纤激光放大器而言，较长的相互作用距离、较小的纤芯横截面积以及较高的传输功率都会导致在光纤中很容易产生各种非线性效应, 主要包括受激布里渊散射 (Stimulated Brillouin Scattering，SBS)、四波混频 (Four Wave Mixing，FWM)、受激拉曼散射 (Stimulated Raman Scattering，SRS) 和自相位调制 (Self-Phase Modulation，SPM) 等。在这些非线性效应中，受激布里渊散射 (SBS) 最容易达到功率阈值，成为限制高功率窄线宽光纤放大器功率的主要因素之一。光谱展宽模块通过对光谱智能调控，以达到抑制SBS效应的目的，增加系统的SBS阈值，提高高功率窄线宽光纤激光放大器的输出功率。
光谱展宽模块常用于高功率激光放大系统，有代表性的就是主振荡功率放大 (Master Oscillator Power Amplifier， MOPA) 结构。MOPA 技术方案指将功率较小、线宽窄、噪声系数低的性能优异的单频激光器作为种子源，输入到后级的光纤放大器中以实现最终高功率的高光束质量的光束输出；一般种子源的输出功率都会较低（数个 mW 量级），故而后续大多情况下都会使用多个级联的光纤放大器来达到多级放大的效果。后续级联的光纤放大器包括多级预放大级和一级主放大级。种子源激光器输入展宽模块，展宽模块输出到后级放大系统。
LBTEK 提供的SBM系列光谱展宽模块利用独特的光谱精细调控技术，应用于窄线宽连续激光器种子源的光谱展宽，由于窄线宽光纤激光器的功率放大会受限于光纤材料的受激布里渊散射效应(SBS)，光纤中受激布里渊散射的方向和入射光方向相反，在高功率放大器系统中如果受激布里渊效应散射光产生就会在系统光纤中产生较大的回光，反向进入相关精密器件中打坏仪器，引起整个系统工作异常，故而受激布里渊散射在高功率系统中一旦产生，可以说对系统造成的影响就是致命的。SBM 系列光谱展宽模块通过相位调制方法使得种子源的单频激光得以展宽，能够将原本的集中在很窄（MHz 量级）的光谱信号功率分散到更宽（GHz 量级）的频率分布上，这样使得每个频率分量的功率大幅度下降，对应布里渊增益谱的线宽增加，基于相位调制的基本理论对种子源的输出光进行光智能化的光谱调控以达到提高 SBS 阈值的目的。
