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锥形微结构光纤中飞秒激光脉冲传输特性研究

作　者: 马文文
导　师: 李曙光
学　校: 燕山大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 锥形微结构光纤反常色散非线性脉冲压缩超连续谱非线性薛定谔方程
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 42次
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内容摘要

微结构光纤是一种包层具有周期性或准周期性结构的特种光纤,由于灵活的结构设计,它具有传统光纤无法比拟的色散、非线性特性。锥形微结构光纤是在微结构光纤的基础上二次处理拉制而成的,其沿轴向渐变的结构会产生一些新的特性。这些特性使其成为研究飞秒激光脉冲与微纳结构光纤相互作用的一种很有效的介质。本论文数值研究了飞秒激光脉冲在锥形微结构光纤中的传输特性,主要内容如下:首先,介绍了课题的研究背景和意义,简单介绍了锥形微结构光纤的拉制方法和数值研究方法。其次,推导了脉冲在光纤中传输的方程—非线性薛定谔方程,分析了分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程的基本思路,并给出了自适应分步傅里叶方法模拟脉冲在锥形微结构光纤中传输的具体步骤。再次,研究了脉冲在锥形微结构光纤中的传输。设计了一种线性锥形微结构光纤和一种凸形锥形微结构光纤,研究了色散和非线性特性,结果表明脉冲在这两种光纤里都实现了高效的压缩,但是在凸形的微结构光纤中的压缩效率高于线性的,并且飞秒激光脉冲在凸形微结构光纤传输过程中实现了多模到单模的转化。同时研究了脉冲峰值功率对凸形微结构光纤脉冲压缩的影响。最后,研究了飞秒脉冲在As₂S₃锥形微结构光纤中超连续谱的产生,实现了在中红外波段的超连续谱,谱宽达到了5500 nm。超连续谱对于光频技术、激光脉冲波形测量、光纤参数测量、光通信方面都有非常重要的应用价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-22
  1.1 选题的背景及意义  10-11
  1.2 光子晶体光纤简介  11-12
  1.3 锥形微结构光纤简介  12-16
    1.3.1 锥形微结构光纤的制作方法  13-15
    1.3.2 锥形微结构光纤结构的测试方法  15-16
  1.4 微结构光纤的研究方法  16-19
    1.4.1 平面波展开法  17
    1.4.2 时域有限差分法  17
    1.4.3 多极化法  17
    1.4.4 有限元法  17-18
    1.4.5 有效折射率法  18-19
  1.5 飞秒激光脉冲的应用  19-21
    1.5.1 飞秒激光在超快领域内的应用  19
    1.5.2 飞秒激光在超强领域中的应用  19-20
    1.5.3 飞秒激光在超微细加工的应用  20-21
  1.6 论文的研究内容和结构安排  21-22
第2章飞秒激光脉冲在锥形微结构光纤中传输的基础理论  22-32
  2.1 引言  22
  2.2 脉冲在光纤中传输的基本理论  22-28
    2.2.1 光纤中脉冲传输的基本方程推导  22-25
    2.2.2 几种典型的脉冲  25-26
    2.2.3 与脉冲传输特性有关的几个重要参数  26-28
  2.3 自适应分步傅里叶方法  28-30
    2.3.1 分步傅里叶方法的基本思路  28-29
    2.3.2 自适应分步傅里叶方法的步骤  29-30
  2.4 本章小结  30-32
第3章锥形微结构光纤中飞秒激光脉冲压缩研究  32-46
  3.1 引言  32
  3.2 数值模拟结果与结果分析  32-43
    3.2.1 线性锥形微结构光纤中脉冲压缩研究  33-39
    3.2.2 凸形微结构光纤中脉冲压缩研究  39-43
  3.3 峰值功率对凸形微结构光纤中输出脉冲的影响  43-45
  3.4 本章小结  45-46
第4章 AS_2S_3锥形微结构光纤中超连续谱的产生  46-54
  4.1 引言  46
  4.2 超连续谱的发展动态及产生的机制  46-48
    4.2.1 超连续谱的发展动态  46-47
    4.2.2 超连续谱产生的机制  47-48
  4.3 数值模拟结果与分析  48-52
    4.3.1 AS_2S_3 锥形微结构光纤（AS_2S_3 -Tapered PCF）的结构  48-49
    4.3.2 AS_2S_3 -Tapered PCF 的特性  49-50
    4.3.3 AS_2S_3 -Tapered PCF 中超连续谱的产生  50-51
    4.3.4 输入脉冲平均功率对产生超连续谱的影响  51-52
  4.4 超连续谱的应用  52-53
  4.5 本章小结  53-54
结论  54-56
参考文献  56-64
攻读硕士学位期间参加的科研任务与主要成果  64-65
致谢  65-66
作者简介  66

锥形微结构光纤中飞秒激光脉冲传输特性研究

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