产生光散射的原因在宏观上可看作是介质的光学不均匀性或折射率不均匀性所引起的，它使介质中局部区域形成散射中心。介质不均匀性的原因是多种多样的，以此划分为不同机理的几种散射形式。量子理论的观点表明，光散射是由光子与微观粒子（原子、分子、电子及声子等）发生碰撞所引起的，碰撞的结果使入射光子散射成为一个能量或方向与入射光子不同的散射光子，相应地在微观粒子中能量和动量都发生变化，并遵循能量守恒和动量守恒定律。实验发现，在光纤的散射信号中，除了与入射光频率相同的瑞利散射外，还有一些其它频率分量的散射。

光纤中的布里渊散射效应是注入光波场与光纤中的弹性声波场间相互耦合作用而产生的一种非线性光散射现象。其特点是：散射光的频率相对于入射光的频率发生变化，并且这种变化的大小与散射角和散射介质内声波场的特性有关。光纤中的布里渊散射分为自发布里渊散射和受激布里渊散射。

力学上的经典理论认为：任何介质在常温状态下，均存在着由其组成粒子（原子、分子或离子）自发热运动所形成的连续弹性力学振动，这种弹性振动将引起介质密度随时间和空间的周期性起伏，相应地在介质内部产生一个自发的声波场，这个声波场使介质中产生一个与声波传播速度相同的运动的折射率光栅。光入射进介质并在折射率光栅的作用下发生散射时，光栅的运动使散射光产生一个多普勒频移。这个散射光称为布里渊散射，散射光的频移称为布里渊频移

2.1.1节所讲的自发布里渊散射可以看作是一种在泵浦光功率不太高的情况下所产生的一种非线性自发光散射过程。由于构成光纤的硅材料是一种电致伸缩材料，当大功率的泵浦光在光纤中传播时，其折射率会发生变化，产生电致伸缩效应，从而导致大部分传输光被转化为反向传输的散射光，产生另外一种布里渊散射过程，即受激布里渊散射。

与自发布里渊散射是由介质内自发弱声波场引起的不同，当强激光（入射频率为ω_p）通过某些介质时，介质通过电致伸缩效应产生频率为ω_A的相干弹性声波场，从而形成了一个以声速w_A 运动的折射率光栅，与入射的激光耦合产生布里渊散射。由于多普勒（Doppler）效应，散射光频率下移ω_A，即产生了频率为ω_s = ω_P－ω_A 的Stokes散射光。如果入射的激光足够强，以至于散射光的增益大于损耗时，自发布里渊散射变为受激布里渊散射（SBS）。在量子力学中，这个散射过程可看成是一个泵浦光子的湮灭，同时产生了一个Stokes光子和一个声频声子。由于在散射过程中入射光子（w_p，k_p）、Stokes光子（w_s ，k_s）和声子（w_A，k_A）之间满足能量和动量守恒，则三个波之间的频率和波矢量有以下关系

w_A= w_p – w_s  k_A = k_p– k_s                  （2-1）

布里渊散射分为前向散射和后向散射两种。

光纤的声波按exp(-t/t)衰减，t为时间量，t为声子寿命，则布里渊散射谱为洛伦兹（Lorentzian）曲线形态。

                 （2-6）

布里渊散射是由介质的声学声子引起的非弹性散射，因此布里渊散射的频移和强度等特性参数主要取决于介质的弹性力学和热弹性力学等特性。光纤的温度和应变等变化会引起这些介质特性的改变，从而影响布里渊频移和强度等。基于受激布里渊散射的BOTDA技术就是利用了温度、应变对布里渊散射谱的调制关系，其中主要利用温度和应变引起的布里渊频移变化。这一关系可通过理论分析获得，也可通过实验研究建立。

2.2.1布里渊频移随温度的变化

   温度的改变会引发光纤中的热膨胀效应，从而影响光纤密度；其热光效应会引起光纤折射率变化；光纤的自由能随温度变化也会引起光纤的杨氏模量和泊松比等物性参数的变化。计算温度影响时首先假设传感光纤不受应变，即e=0，利用微元法当温度变化较小时，根据式（2-9）用泰勒级数展开并代入微元的数值进行计算。经计算在-30 ℃~100 ℃温度范围内，温度每变化1 ℃，布里渊频移变化约1.18 MHz，与实验统计得到的结果接近。Xiaoyi B, Jeffrey S和Anthony B的研究也表明了布里渊频移随温度变化关系近似呈线性，并且布里渊增益谱的线宽随温度升高而增大。

应变系数的求解方法与温度系数的求解相似。令传感光纤的温度保持不变，当应变改变时，弹光效应会引起折射率的变化；光纤内部原子间的相互作用势也会引起杨氏模量和泊松比的改变。这些都影响布里渊散射谱的布里渊频移等参数。在温度一定的情况下，布里渊频移变化量与应变成线性关系。当光波长为1550 nm，单模普通石英光纤在常温及无应变的情况下的布里渊频移约为11 GHz，故应变每变化1 me所引起的布里渊频移变化约为（0.0483±0.0004）MHz。与温度影响不同的是，布里渊增益线宽随应变的变化不明显。这一特性对于以后研究温度与应变同时传感非常重要。