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制

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

近日，航天學院董永康教授課題組在前向受激布里淵散射領域取得突破。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，其通過橫向共振聲波獨特的“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)療等領域展現(xiàn)出極大應用潛力。然而，在實際應用中，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，嚴重制約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峻挑戰(zhàn)。目前，現(xiàn)有技術難以從傳感機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償器，通過精確設計鋁涂層厚度與光纖包層半徑比例關系，使鋁涂層的負溫度效應可抵消光纖包層的正溫度效應對聲波傳播的影響，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，可進一步實現(xiàn)對F-SBS共振頻率溫度響應的精準調(diào)控。課題組提出的絕熱前向受激布里淵散射新機制，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)中的應用，也為多個波導光聲器件(如布里淵光纖激光器、聲光調(diào)制器)的溫度補償設計提供了全新的理論和技術支持。
哈工大為論文唯一通訊單位，航天學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研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目支持。