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光脉冲在光子晶体光纤中产生超连续谱的研究

作　者: 李晓青
导　师: 张书敏
学　校: 河北师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 光子晶体光纤 超连续谱 飞秒光脉冲 负色散区域 准连续波 调制不稳定性
分类号: O437
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


超连续谱产生现象是指超短脉冲在介质中传输时由于介质的非线性效应导致脉冲的光谱被极大的加宽。光子晶体光纤是近年来提出的一种新型光纤,它具有传统光纤所无法比拟的特殊光学特性,如无截止单模、可控色散以及丰富的光学非线性等特性,是产生超连续谱的一种有效的介质,所以对光子晶体光纤中超连续谱产生的研究成为近几年光纤通信领域的一个研究热点。本文主要对光脉冲在光子晶体光纤中产生超连续谱的机理进行了详细的理论和实验研究。主要内容如下:1.从波动方程出发,对光脉冲在光纤中传输时所满足的方程——非线性薛定谔方程进行了理论推导,介绍了理论研究光脉冲在光子晶体光纤中传输时所采用的数值模拟方法——分步傅里叶方法。2.利用非线性偏振旋转技术,在被动锁模掺铒光纤激光器中,实验得到了中心波长为1556.0nm、3dB光谱宽度约为5.5nm、脉宽约为462.0fs、重复频率为28.6MHz的超短光脉冲;利用该超短光脉冲泵浦光子晶体光纤,在泵浦功率增加到90mW时,得到了20dB带宽约为140nm的超连续谱。实验详细观测了不同泵浦功率下超连续谱形成的过程,分析了其形成机理。3.利用数值模拟方法,理论研究了飞秒光脉冲在负色散区的光子晶体光纤中传输时,超连续谱的形成机理;分析了入射光脉冲的孤子阶数、初始啁啾、脉冲形状、脉冲宽度、光子晶体光纤的高阶色散、高阶非线性以及光纤长度对超连续谱形成的影响;得到了获得平坦、较宽的超连续谱所需的最佳光纤长度。4.利用被动锁模掺铒光纤激光器所产生的中心波长为1557.8nm、3dB光谱宽度约为5.0nm、脉宽约为509.0fs、重复频率为28.2MHz的飞秒光脉冲做泵源,通过铒镱共掺光纤放大器进行放大后,泵浦光子晶体光纤,实验得到了平均功率约为530mW、20dB带宽约为530nm的超连续激光光谱。并详细观测了泵浦功率对超连续激光光谱产生的影响,同时分析了其形成机理及产生高功率超连续谱的机理。5.理论研究了利用普通单模光纤中的调制不稳定性产生超连续谱的新方法,即利用准连续波作为初始输入条件来产生超连续谱。采用数值模拟方法分析了超连续激光光谱的形成机制;同时分析了准连续光脉冲阶数、初始脉宽对超连续谱谱宽的影响以及光子晶体光纤长度对超连续谱中长波长范围的影响,并对实验的可行性进行了简单描述。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-20
  1.1 引言  9-10
  1.2 产生超连续谱的激光光源及常用光纤  10-12
    1.2.1 产生超连续谱的激光光源  10-11
    1.2.2 产生超连续谱的常用光纤  11-12
  1.3 影响光脉冲在光子晶体光纤中传输时产生超连续谱的参量  12-15
    1.3.1 自相位调制导致频谱的展宽  12-13
    1.3.2 交叉相位调制导致频谱的展宽  13
    1.3.3 四波混频导致频谱的展宽  13
    1.3.4 受激拉曼散射导致频谱的展宽  13-14
    1.3.5 光纤色散导致频谱的展宽  14-15
  1.4 光脉冲在光纤中传输产生超连续谱的研究进展及超连续谱的应用  15-18
    1.4.1 光脉冲在光纤中传输产生超连续谱的研究进展  15-16
    1.4.2 超连续谱的应用  16-18
  1.5 论文的主要研究内容  18-20
2 光脉冲在光子晶体光纤中传输的理论基础  20-28
  2.1 麦克斯韦方程组  20-21
  2.2 光脉冲传输的基本方程  21-24
  2.3 广义非线性薛定谔方程  24-25
  2.4 数值算法  25-27
  2.5 本章小结  27-28
3 飞秒孤子光脉冲的产生及其在光子晶体光纤中产生超连续激光光谱的实验与理论研究  28-42
  3.1 飞秒孤子光脉冲的产生及其在光子晶体光纤中产生超连续激光光谱的实验研究  28-32
    3.1.1 实验装置  28-30
    3.1.2 实验结果  30-32
  3.2 飞秒孤子光脉冲在光子晶体光纤中产生超连续激光光谱的理论研究  32-41
    3.2.1 理论基础  32-33
    3.2.2 数值模拟结果  33-41
  3.3 本章小结  41-42
4 高能量超连续激光光谱的研究  42-47
  4.1 实验装置  42-44
  4.2 实验结果  44-46
  4.3 本章小结  46-47
5 利用单模光纤中的调制不稳定性产生超连续激光光谱的研究  47-56
  5.1 光纤中的调制不稳定性  48-49
  5.2 数值模拟结果及分析  49-55
    5.2.1 准连续波经过单模光纤和光子晶体光纤后产生超连续谱的研究  49-52
    5.2.2 准连续光脉冲阶数的影响  52-53
    5.2.3 初始脉宽的影响  53-54
    5.2.4 光子晶体光纤长度对超连续谱中长波长范围的影响  54-55
  5.3 本章小结  55-56
6 论文总结与展望  56-58
参考文献  58-64
致谢  64-65
攻读学位期间科研成果  65

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 非线性光学（强光与物质的作用）
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