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光子晶体光纤非线性光学特性的理论研究

作　者: 倪娟
导　师: 郑义
学　校: 郑州大学
专　业: 光学
关键词: 光子晶体光纤超连续谱四波混频光参量放大波长转换
分类号: O734.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

光子晶体光纤(PCF)是一种沿光纤端面存在周期性介电结构排列的特殊光纤,由于其崭新的概念,优异的性能和在光通信、非线性光学、光电子学等领域潜在的应用前景而成为国际光电子行业的热门课题。PCF灵活的结构可调性,使其具有高双折射、可控色散、高非线性等独特性质。尤其PCF独特的非线性特性被广泛应用于参量放大、宽带可调谐波长转换、光纤通信器件、脉冲压缩和相位调制等领域。因此,对PCF非线性光学特性的研究具有重要的学术意义和应用价值。本文对光子晶体光纤非线性光学特性进行了理论研究,主要内容如下:1.概述了光子晶体光纤的概念、性能特点及其应用进展,着重介绍了非线性光学方面的应用。2.分类讨论了光子晶体光纤中的三阶非线性效应,着重探讨了多个光波在PCF中相互作用所引起的四波混频及四波混频中相位匹配等问题。3.从波动方程出发,推导了光子晶体光纤中飞秒光脉冲传输的非线性薛定谔方程(NLSE);利用对称分步傅立叶法对非线性薛定谔方程进行了数值求解,模拟了高阶色散和高阶非线性效应对飞秒光脉冲在PCF中传输的影响;分析了飞秒激光脉冲在不同色散区传输时的时域和频域展宽情况;研究了高阶色散、自陡峭、脉冲内拉曼效应对PCF中超短脉冲的传输以及超连续光谱产生的影响。4.建立了描述四波混频理论的非线性耦合方程组,并利用Runge-Kutta法对耦合方程组进行了数值求解;分析了光纤参量放大的增益特性、带宽特性、以及波长转换的转换效率和转换带宽,模拟了光子晶体光纤长度、非线性系数、色散、泵浦波长以及泵浦功率对参量增益和带宽的影响,找出了影响其性能的关键参数。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-7
第一章绪论  7-15
  1.1 光子晶体光纤概述  7-14
    1.1.1 光子晶体光纤的概念  7-8
    1.1.2 光子晶体光纤的分类  8-9
    1.1.3 光子晶体光纤的特性  9-11
    1.1.4 光子晶体光纤的应用  11-14
  1.2 本文的主要内容和意义  14-15
第二章光子晶体光纤非线性效应的基本理论  15-24
  2.1 光纤中非线性效应的产生机理  15-16
  2.2 光纤中非线性效应  16-24
    2.2.1 非弹性过程  16-18
    2.2.2 弹性过程  18-24
第三章光子晶体光纤中超连续谱产生的理论研究  24-39
  3.1 理论基础和研究方法  24-30
    3.1.1 非线性薛定谔方程的推导  24-28
    3.1.2 对称分步傅里叶方法  28-29
    3.1.3 归一化非线性薛定谔方程  29-30
  3.2 数值模拟结果及其分析  30-37
    3.2.1 高阶效应的影响  31-34
    3.2.2 色散特性的影响  34-36
    3.2.3 脉冲初始功率的影响  36-37
  3.3 小结  37-39
第四章光子晶体光纤中光参量过程的理论研究  39-51
  4.1 光参量过程的理论模型  39-43
    4.1.1 四波混频的非线性耦合波方程  39-41
    4.1.2 参量增益和增益带宽  41-43
  4.2 数值模拟结果及其分析  43-50
    4.2.1 信号输出功率和光纤长度的关系  43-45
    4.2.2 参量放大增益和增益带宽的模拟和分析  45-48
    4.2.3 波长转换效率和带宽的模拟和分析  48-50
  4.3 小结  50-51
参考文献  51-59
致谢  59

光子晶体光纤非线性光学特性的理论研究

内容摘要

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