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光脉冲在新型光纤放大系统中传输的模拟研究

作　者: 杨德林
导　师: 杨天新
学　校: 天津大学
专　业: 光电子技术
关键词: 超短脉冲技术 自相似演化 受激拉曼散射 增益带宽限制 最佳光纤长度 频谱管理 EDFA
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


由于超短脉冲技术的应用非常广泛,因此当今超短脉冲技术成为人们研究的热点之一,其发展日新月异,在追求更高能量,更窄脉宽的脉冲同时,全光纤系统也渐渐的取代着各种固体激光器和放大器。随着对光纤超短脉冲系统的研究不断深入,自相似以其特有的良好的传输特性为人们所关注,其不仅有着抵御光波分裂的能力,而且在增益光纤中按照自相似演化的脉冲最终将演化为抛物线型,具有严格的线性啁啾。这样的自相似脉冲可以用压缩器解啁啾来获得比入射脉冲脉宽更窄的超短脉冲。本课题的工作是国家自然科学基金面上项目“新型混合波导THz发射器件的设计与制备研究”(批准号:60578022)的一部分。本文借鉴了自相似理论模型,分析了在增益光纤中各种效应和因素对自相似演化的影响,例如受激拉曼散射、有限增益带宽限制、增益分布现象等。通过对这些因素的分析,得到了能够指导搭建基于自相似效应的EDFA的参数设计理论,并从优化自相似演化的角度提出了一种新式的频谱管理放大系统。本文主要内容如下:1、介绍了当前超短脉冲技术的发展现状,比较了各种超短脉冲放大系统的特点,尤其重点分析了基于自相似的放大系统的特性。2、借鉴了NLSE及GLE模型的自相似脉冲理论,获得了自相似的渐近解并对其特性加以分析。3、详细分析了在增益光纤中影响脉冲自相似演化的各种因素,综合考虑这些因素,并试图在实验系统搭建和参数设计方面避免或者减小这些因素的影响,达到指导实验优化结果的目的。4、为了进一步提高脉冲放大倍数和脉冲压缩效率,提出了一种带有频谱管理功能的自相似放大系统,并对系统的功能进行了理论模拟。最后的模拟获得了单脉冲能量为28.14nJ的输出,压缩后脉宽62fs接近变换限,平均功率562.8mW。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 超短脉冲技术  8-11
    1.1.1 超短脉冲技术概述  8-9
    1.1.2 超短脉冲技术发展历程  9-10
    1.1.3 光纤超短脉冲系统  10-11
  1.2 常用的超短脉冲放大技术  11-16
    1.2.1 啁啾脉冲放大  11-13
    1.2.2 自相似脉冲放大  13-16
  1.3 课题意义及主要工作  16-17
    1.3.1 课题意义  16
    1.3.2 本文主要工作  16-17
第二章 自相似理论模型  17-29
  2.1 基本的群速度色散和自相位调制  17-19
    2.1.1 光纤介质中的色散  17-18
    2.1.2 自相位调制  18-19
  2.2 自相似的NLSE 理论模型  19-23
    2.2.1 NLSE 模型的近似条件  19
    2.2.2 NLSE 模型自相似渐近解  19-22
    2.2.3 自相似渐近解与数值模拟  22-23
  2.3 自相似的GLE 理论模型  23-29
    2.3.1 GLE 自相似理论模型  24-26
    2.3.2 GLE 模型下自相似渐近解与数值模拟  26-27
    2.3.3 NLSE 模型与GLE 模型的自相似渐近解比较  27-29
第三章 增益光纤中脉冲自相似演化的影响因素  29-46
  3.1 受激拉曼散射效应的影响  29-35
    3.1.1 NLSE 模型下斯托克斯脉冲的解析解  29-33
    3.1.2 数值模拟及结果分析  33-35
  3.2 有限增益带宽限制的影响  35-40
    3.2.1 带有增益带宽限制的GLE 理论模型  36-38
    3.2.2 数值模拟及结论分析  38-40
  3.3 增益色散的影响  40-42
  3.4 增益分布函数的影响  42-46
第四章 基于自相似理论的EDFA 设计和优化  46-71
  4.1 入射脉冲参数的优化选择  46-49
  4.2 光纤长度的优化选择  49-55
    4.2.1 自相似特征长度  49-51
    4.2.2 受激拉曼散射效应和增益带宽限制对光纤长度选择的影响  51-54
    4.2.3 由泵浦决定的光纤长度限制  54-55
  4.3 泵浦及增益的优化选择  55-56
  4.4 实际实验系统搭建  56-71
    4.4.1 相关器件参数  56-57
    4.4.2 实验相关参数设计  57-60
    4.4.3 实验优化方案——新型频谱管理放大系统  60-71
第五章 总结与展望  71-73
  5.1 总结  71
  5.2 展望  71-73
参考文献  73-77
发表论文和参加科研情况说明  77-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
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