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宽带啁啾脉冲激光非线性传输过程中的时空微扰研究

作　者: 王灿华
导　师: 傅喜泉
学　校: 湖南大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 宽带脉冲激光小尺度自聚焦时空不稳定性啁啾微扰调制时空孤子
分类号: O437
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着激光技术和超快光学的发展,激光脉冲的频谱宽度从窄带迈向宽带。由于宽带脉冲激光具有一些新的特点,如时间宽度很窄、峰值功率高和频带很宽,因此在非线性传输过程中表现出新的特点。自聚焦是激光脉冲非线性传输过程中的一个基本问题,也是困扰高功率激光系统性能的一个主要因素。宽带脉冲激光是突破这些限制的重要技术路径,而且锁模和啁啾脉冲放大技术是激光光学中两大核心技术,因此激光脉冲的传输放大都与脉冲啁啾相关。所以,研究宽带啁啾脉冲激光非线性传输过程中的时空微扰特性,无论从技术理论上还是实际需求都是有意义的。本文在已有的自聚焦研究基础上,从两方面研究了宽带脉冲激光的传输特性：首先,基于非线性Schrodinger方程推导出大啁啾脉冲的传输方程,利用微扰理论进行线性稳定性分析,分析了啁啾脉冲激光的时空不稳定性。理论上比较清楚地阐述了宽带脉冲激光在大啁啾情况下,其时空噪声的相互影响与相互作用情况及脉冲啁啾对噪声微扰调制的影响,发现在相同γⅠ0(非线性系数与峰值强度乘积)的情况下脉冲啁啾对噪声调制的增长没有直接影响。同时在实验上利用非线性介质对啁啾脉冲的空间小尺度自聚焦过程进行了部分验证,也在数值上对宽带啁啾脉冲的时间噪声调制的增长进行了模拟分析,发现大啁啾情形下啁啾或带宽对微扰调制基本无影响,该结论与实验结果都与理论分析基本一致。其次,结合齐次平衡原理和F展开技术研究了具有分布式系数的广义(3+1)维非线性Schrodinger方程的周期行波解及时空孤子解。随后对解在不存在时间维度、不存在空间维度及时空维度都存在的情况分别进行了分析,重点分析了孤子波情形,并对时空孤子的不稳定性进行了研究。结果表明,孤子波的形式与所采用的Jacobi椭圆函数和椭圆模数的值以及衍射系数和色散系数有关,而其幅度则与衍射系数、色散系数及啁啾有关；时空维度下,当衍射系数与色散系数为分布式系数即随传输方向作周期性变化且二者相同时,解能稳定传输,而其他情形下,解是不稳定的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-11
附表索引  11-12
第1章绪论  12-27
  1.1 引言  12-13
  1.2 自聚焦与成丝的历史与现状  13-19
    1.2.1 自聚焦的基本概念  13-14
    1.2.2 激光脉冲自聚焦与成丝的早期研究历史  14-16
    1.2.3 准稳态自聚焦和运动焦点  16-17
    1.2.4 瞬时响应和动态自聚焦效应  17
    1.2.5 飞秒激光脉冲的自聚焦  17-19
  1.3 小尺度自聚焦  19-25
    1.3.1 调制不稳定性  19-22
    1.3.2 小尺度自聚焦  22-24
    1.3.3 宽带脉冲激光的小尺度自聚焦  24-25
    1.3.4 小尺度自聚焦的的应用与影响  25
  1.4 本论文内容与框架  25-27
第2章宽带啁瞅脉冲激光非线性传输过程中的时空微扰研究  27-43
  2.1 引言  27-28
  2.2 大啁啾脉冲传输的稳定性分析  28-34
    2.2.1 脉冲传输的理论模型  28-30
    2.2.2 大啁啾脉冲传输的基本方程  30
    2.2.3 平面波解的线性稳定性分析  30-32
    2.2.4 时空不稳定性增益谱的分析  32-34
  2.3 啁啾脉冲激光的空间噪声增长的实验研究  34-37
  2.4 啁啾脉冲时间噪声的增长过程  37-41
  2.5 小结  41-43
第3章 (3+1)维NLSE的精确周期波解与时空孤子解及其稳定性研究  43-56
  3.1 引言  43-44
  3.2 广义(3+1)维非线性Schrodinger方程  44-45
  3.3 非线性Schrodinger方程的求解过程  45-46
  3.4 精确周期行波解及孤子解  46-49
  3.5 传输特性分析  49-55
  3.6 小结  55-56
结论  56-58
参考文献  58-63
致谢  63-64
附录A 攻读硕士学位期间发表论文目录  64-65
附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目  65

宽带啁啾脉冲激光非线性传输过程中的时空微扰研究

内容摘要

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