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光子晶体光纤中超连续谱形成机制的理论研究

作 者: 时延梅
导 师: 王晶
学 校: 中国海洋大学
专 业: 光学工程
关键词: 超连续谱 光子晶体光纤 啁啾 高阶非线性 高阶色散
分类号: TN25
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
下 载: 222次
引 用: 1次
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内容摘要


本论文根据飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中传输所满足的广义非线性薛定谔方程,采用解析分析和数值计算两种方法,从研究啁啾的角度,试图解释超连续谱在光子晶体光纤中的形成过程中,高阶非线性高阶色散对其所产生的作用。以初始入射脉冲为双曲正割为例,推导出了自相位啁啾、脉冲内拉曼散射啁啾和自陡啁啾的表达式,用分步傅立叶方法数值模拟了自陡啁啾、群速度色散啁啾、三阶色散啁啾的演变图以及综合各效应所得的总啁啾(高阶色散精确到四阶)的演变图,详细分析了高阶非线性和高阶色散以及综合各效应对超连续谱的产生所起的作用,所得结论如下:1)对非线性效应而言,自相位啁啾是对称传输,相应的频谱也是对称展宽;脉冲内拉曼散射啁啾发生了两个变化,一是啁啾中心向后沿漂移,二是前沿的负啁啾峰值的绝对值大于后沿正啁啾的峰值,可见,脉冲内拉曼散射效应使得频谱的中心向长波长处移动,并且红移的谱宽大于蓝移的谱宽;自陡啁啾随着传输的延长,啁啾中心快速平移且啁啾整体向后沿提升,尤其是后沿的正啁啾明显变得陡峭起来,啁啾主体渐渐集中在后沿,可见,自陡效应对频谱蓝移贡献很大。2)对高阶色散效应而言,不管是在正常色散区还是在反常色散区,正的三阶色散所致的啁啾在后沿产生大幅振荡,负的三阶色散所致的啁啾在前沿产生大幅振荡,这种振荡打破了频谱的对称性。四阶色散所致啁啾与三阶色散啁啾相比,形状并没有明显的改变。3)当综合各效应时,在反常色散区,传输初期,啁啾对称传输,自相位和群速度色散效应使得脉冲压缩产生高阶孤子,脉冲的峰值功率逐渐变高,故使得脉冲内拉曼散射效应和自陡效应开始起明显作用,脉冲内拉曼散射效应使得频谱中心红移,而自陡效应则引起了频谱的蓝移,随着传输的延长,三阶色散作用渐渐凸显,终于在高阶非线性和高阶色散的综合作用下,啁啾的前后沿发生严重的不对称变化,最后导致高阶脉冲分裂,正是高阶孤子的分裂,才使得能量得到重新分配,最后形成了超连续谱;在正常色散区,啁啾的变化显示,由于自相位效应使得脉冲渐渐展宽,脉冲内拉曼散射效应和自陡的作用较弱,而三阶色散啁啾在前沿或后沿的不对称振荡,使得频谱不对称展宽,当频谱进入反常色散区时, ISRS、FWM等效应会使得频谱的能量发生转移或产生新的频率,从而产生了超连续谱。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
引言  10-13
1 光子晶体光纤简介  13-19
  1.1 PCF 的导光原理  13
  1.2 PCF 的无截止单模特性  13-14
  1.3 PCF 的色散特性  14-16
  1.4 PCF 的非线性特性  16-17
  1.5 PCF 的双折射特性  17-18
  1.6 PCF 的损耗特性  18-19
2 飞秒激光脉冲在 PCF 中传输的理论基础  19-23
  2.1 飞秒激光脉冲在PCF 中的传输方程  19-21
  2.2 计算方法  21-23
3 高阶非线性效应所致啁啾的研究  23-32
  3.1 SPM 效应所致啁啾的研  23-26
  3.2 ISRS 效应所致啁啾的研究  26-28
  3.3 SS 效应所致啁啾的研  28-32
4 高阶色散效应所致啁啾的研究  32-41
  4.1 在反常色散区中TOD 所致啁啾的研究  32-36
    4.1.1 在反常色散区中正TOD 所致啁啾的研究  34-35
    4.1.2 在反常色散区中负TOD 所致啁啾的研究  35-36
  4.2 在正常色散区中 TOD 所致啁啾的研究  36-40
    4.2.1 在正常色散区中正TOD 所致啁啾的研究  38-39
    4.2.2 在正常色散区中负TOD 所致啁啾的研究  39-40
  4.3 四阶色散所致啁啾的研究  40-41
5 综合各效应所致总啁啾的研究  41-51
  5.1 高阶色散考虑到三阶时各效应所致总啁啾的研究  41-48
    5.1.1 在反常色散区中各效应所致啁啾的研究  41-46
    5.1.2 在正常色散区中各效应所致啁啾的研究  46-48
  5.2 高阶色散考虑到四阶时各效应所致总啁啾的研究  48-51
6 总结与展望  51-53
  6.1 总结  51
  6.2 展望  51-53
参考文献  53-61
发表论文  61-62
致谢  62

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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
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