光纤的非线性效应

            在高强度电磁场中任何电介质对光的响应都会变成非线性，光纤也不例外。

            在光纤通信系统中.高输出功率的激光器和低损耗光纤的使用，使得光纤中的非线性效应越来越显著。这是因为光纤中的光场主要束缚于很细的纤芯中，使得场强非常高；低损耗又使得高场强可以维持很长的距离，保证了有效的非线性相互作用所需的相干传输距离。特别是当今的大容量、长距离光纤通信系统中，光纤中传输的光功率大，使得这一问题尤为突出。光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗、波分复用系统中信道之间的串话、信号载波的移动等；另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等器件。

光纤的非线性可以分为两类：受激散射效应和折射率扰动。

（1）受激散射效应

            受激散射效应是光通过光纤介质时，有一部分能量偏离预定的传播方向、且光波的频率发生改变，这种现象称为受激散射效应。受激散射效应有两种形式：受激布里渊散射和受激拉曼散射。这两种散射都可以理解为一个高能量的光子被散射成一个低能量的光子，同时产生一个能量为两个光子能量差的另一个能量子。两种散射的主要区别在于受激拉曼散射的剩余能量转变为光频声子，而受激布里渊散射的剩余能量转变为声频声子；光纤中的受激布里渊散射只发生在后向，受激拉曼散射主要是前向。受激布里渊散射和受激拉曼散射都使得入射光能量降低，在光纤中形成一种损耗机制。在较低光功率下，这些散射可以忽略。当入射光功率超过一定阈值后，受激散射效应随入射光功率成指数增加。

（2）折射率扰动

            在入射光功率较低的情况下，可以认为石英光纤的折射率与光功率无关。但是在较高光功率下，则应考虑光强度引起的光纤折射率的变化，它们的关系为