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飞秒脉冲在拉锥光纤中传输特性与超连续谱产生的研究

作　者: 张斌
导　师: 宋晏蓉
学　校: 北京工业大学
专　业: 光学
关键词: 超连续光谱非线性超短脉冲拉锥光纤
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

目前对光纤中超短脉冲传输的非线性效应及超连续谱产生及特性的研究分析已经成为非线性光纤光学的一个重要分支。超连续光谱产生理论与技术的不断完善,使光谱学、光度量学、生物医学以及现代高速、大容量光通信等领域的研究更加深入。在最近几年内,国内外对超连续谱研究的报道主要集中在微结构光纤即光子晶体光纤以及色散位移光纤范围内;在国外报道了一些利用拉锥光纤与超短脉冲耦合产生超连续谱的相关实验分析。本论文简述了产生超连续光谱的发展历史及其研究现状,指出了通过拉锥光纤产生超连续光谱的优点。论文介绍了超短脉冲在光纤中传输的基本原理。阐述了用非线性薛定谔方程描述光纤传输的基本理论,介绍了用于数值求解非线性薛定谔方程的分步傅立叶算法以及进行数值模拟计算的相关问题。结合具体参数模拟了超短脉冲在拉锥光纤中的传输过程,给出了产生超连续光谱的结果。详细描述了拉锥光纤的色散特性曲线,结合具体参数给出理论计算结果;讨论了色散效应对超连续谱产生的影响,其中包括二阶色散效应(GVD)、三阶色散效应(TOD)的影响。详细分析了各种非线性效应对超连续谱的影响,包括自相位调制效应(SPM)、自陡峭效应(SS)、脉冲内受激拉曼散射效应(SRS)的影响。论文还讨论了影响超连续谱产生的各种因素,包括脉冲峰值功率、光纤长度、纤芯直径的影响。论文具体介绍了实验系统中所用的仪器及相关参数,包括具有较高平均功率的飞秒激光振荡器、保证振荡器锁模不受反馈光影响的隔离器、拉锥光纤的耦合输入输出系统、光谱测量系统以及其他测量仪器。在实验上通过拉锥光纤和光子晶体光纤两套系统,获得了超连续谱输出。将理论研究结果与实验结果相对比,验证了超连续谱的产生机制。研究了不同因素对超连续谱形状的影响,包括超短脉冲的平均输入功率、光纤长度、超短脉冲的中心波长,并且给出了相关分析及结论。通过理论计算和实验研究的对比,进一步深入讨论了脉冲内受激拉曼散射效应(SRS)对超连续谱的作用。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题研究背景  8-9
    1.1.1 超短脉冲激光技术  8
    1.1.2 拉锥光纤的特点  8-9
  1.2 超连续谱的研究进展  9-12
    1.2.1 超连续谱的发展历史  9-10
    1.2.2 超连续谱的研究进展  10-11
    1.2.3 超连续谱的主要应用  11-12
  1.3 论文的选题意义以及研究内容  12-13
第2章拉锥光纤中脉冲产生超连续谱的基本理论  13-29
  2.1 非线性薛定谔方程  13-16
    2.1.1 麦克斯韦方程组  13-14
    2.1.2 脉冲基本传输方程  14-16
  2.2 数值方法  16-19
    2.2.1 分步傅立叶方法  16-18
    2.2.2 光谱/时间窗口的选取  18
    2.2.3 选择步长  18-19
  2.3 超短脉冲在拉锥光纤中传输分析  19-29
    2.3.1 几种典型的脉冲形式  19-20
    2.3.2 归一化非线性薛定谔方程及相关参数  20-21
    2.3.3 拉锥光纤中色散参量的研究  21-29
第3章拉锥光纤中脉冲产生超连续谱的数值模拟  29-38
  3.1 数值模拟结果及其分析  29-37
    3.1.1 模拟参数  29
    3.1.2 超连续谱的产生  29-31
    3.1.3 色散、非线性效应对超连续谱的影响  31-35
    3.1.4 各种外部因素对超连续谱的影响  35-37
  3.2 本章小结  37-38
第4章拉锥光纤产生超连续谱的实验研究  38-50
  4.1 实验平台示意图  38-42
    4.1.1 飞秒激光振荡器  38-39
    4.1.2 法拉第隔离系统  39-40
    4.1.3 光纤耦合系统以及拉锥光纤  40-41
    4.1.4 光谱测量系统  41
    4.1.5 实验中需要注意的问题  41
    4.1.6 系统实验图  41-42
  4.2 拉锥光纤实验中超连续谱的产生  42-44
  4.3 光子晶体光纤实验中超连续谱的产生  44-49
    4.3.1 超连续谱的产生  44-45
    4.3.2 受激拉曼效应  45-46
    4.3.3 光纤长度对超连续谱的影响  46-47
    4.3.4 波长对超连续谱的影响  47-48
    4.3.5 实验现象图  48-49
  4.4 本章小结  49-50
结论  50-51
参考文献  51-57
攻读硕士学位期间发表的学术论文  57-58
致谢  58

飞秒脉冲在拉锥光纤中传输特性与超连续谱产生的研究

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