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飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输特性研究

作　者: 张新洁
导　师: 李和平
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 光子晶体光纤 预测校正的对称分步傅立叶算法 光谱压缩 超连续谱
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


与传统光纤相比,光子晶体光纤(photonic crystal fiber, PCF)灵活设计的结构和特殊的导光机制,使其具有许多引人注目的特性,如无截止单模特性、可控的色散特性、极强的非线性效应及高双折射特性等。因此,PCF在非线性光学、光纤通信和光纤传感等领域都有着广泛的应用前景,是目前国内外的研究热点之一。本论文的工作集中在飞秒光脉冲在PCF中的非线性传输特性方面,研究了利用PCF实现飞秒脉冲的光谱压缩以及超连续谱的产生,主要内容如下：1.介绍了PCF的概念、导光原理以及制作方法,阐述了PCF的优良光学特性,并讨论了PCF光学非线性的应用领域。2.根据麦克斯韦方程组推导了超短光脉冲在PCF中传输的广义非线性薛定谔方程,并分析了数值求解该方程的预测校正的对称分布傅立叶算法。基于该算法,运用Matlab语言编写了模拟光脉冲在PCF中传输的相关程序。另外,对超短光脉冲在PCF中传输过程中所涉及到的几种非线性效应进行了简单的分析。3.基于广义非线性薛定谔方程,利用预测校正傅立叶方法数值模拟了波长为1550 nm的无初始啁啾飞秒光脉冲在PCF反常色散区中的非线性传输特性,提出了一种飞秒光脉冲谱宽压缩的新方法,数值分析了初始超短光脉冲的峰值功率、中心波长以及光纤长度等参数对谱宽压缩的影响,并讨论了产生谱宽压缩的机制。4.利用广义非线性薛定谔方程,数值模拟了飞秒光脉冲在高非线性PCF中超连续谱的产生,系统地讨论了脉冲初始参数,具体包括中心波长、峰值功率、和初始啁啾,以及光纤长度对超连续谱形状和带宽的影响。5.采用矢量耦合非线性薛定谔方程,数值模拟了中心波长为1550 nm的超短光脉冲在双折射PCF中超连续谱的产生及其偏振特性,讨论了超短光脉冲在三种不同色散特性的双折射PCF中传输时,高阶色散和非线性效应对脉冲的波形、光谱展宽以及光谱偏振特性的影响。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 光子晶体光纤简介  10-12
    1.1.1 光子晶体光纤的概念  10-11
    1.1.2 光子晶体光纤的导光原理  11
    1.1.3 光子晶体光纤的制作方法  11-12
  1.2 光子晶体光纤的特性  12-15
    1.2.1 无截止单模特性  12-13
    1.2.2 色散特性  13
    1.2.3 非线性特性  13-14
    1.2.4 折射特性  14-15
    1.2.5 低损耗特性  15
  1.3 光子晶体光纤非线性特性的应用  15-18
    1.3.1 超连续谱的产生  15-16
    1.3.2 光孤子产生及传输  16-17
    1.3.3 频率变换  17
    1.3.4 光开关和光传感器  17-18
  1.4 本文的主要内容与意义  18-19
第二章 光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输理论  19-33
  2.1 光子晶体光纤中光脉冲传输的理论模型  19-23
    2.1.1 非线性薛定谔方程  19-21
    2.1.2 广义非线性薛定谔方程  21-23
  2.2 光脉冲在光子晶体光纤传输中的几种重要非线性效应  23-27
    2.2.1 自相位调制  23-24
    2.2.2 交叉相位调制  24
    2.2.3 四波混频  24-26
    2.2.4 受激拉曼散射  26-27
  2.3 求解广义非线性薛定谔方程的预测校正的对称分步傅立叶算法  27-32
  2.4 小结  32-33
第三章 基于反常色散光子晶体光纤的飞秒脉冲光谱压缩研究  33-41
  3.1 引言  33-34
  3.2 基于反常色散光子晶体光纤飞秒脉冲光谱压缩的数值计算与分析  34-40
    3.2.1 光纤长度对谱宽压缩的影响  35-36
    3.2.2 脉冲峰值功率对谱宽压缩的影响  36-39
    3.2.3 中心波长对谱宽压缩的影响  39-40
  3.3 小结  40-41
第四章 飞秒光脉冲在高非线性光子晶体光纤中产生超连续谱的研究  41-51
  4.1 引言  41-42
  4.2 飞秒光脉冲在高非线性光子晶体光纤中产生超连续谱的数值模拟  42-43
  4.3 数值模拟结果及其分析  43-49
    4.3.1 初始光脉冲中心波长的影响  43-44
    4.3.2 初始光脉冲峰值功率的影响  44-45
    4.3.3 光纤长度的影响  45-47
    4.3.4 初始啁啾的影响  47-49
  4.4 小结  49-51
第五章 基于双折射光子晶体光纤产生的超连续谱偏振特性的研究  51-59
  5.1 引言  51-52
  5.2 理论模型  52-53
  5.3 数值计算和分析  53-58
    5.3.1 泵浦脉冲波长位于光纤近零色散点的反常色散区  54-56
    5.3.2 泵浦波长位于远离光纤零色散点的反常色散区  56
    5.3.3 泵浦波长位于光纤正常色散区  56-58
  5.4 小结  58-59
第六章 总结与展望  59-61
  6.1 工作总结  59-60
  6.2 工作展望  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-69
作者攻硕期间取得的研究成果  69

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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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