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飞秒光脉冲在光子晶体光纤中产生超连续谱的研究

作　者: 刘卫华
导　师: 李永放
学　校: 陕西师范大学
专　业: 光学
关键词: 超连续谱光子晶体光纤分步傅里叶法非线性薛定谔方程四波混频
分类号: TN818
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

光子晶体光纤是基于光子晶体技术发展起来的新一代光纤，与传统单模光纤相比，具有三大突出特点：a) 在很大频率范围内支持光的单模传输；b) 可以任意改变纤芯的有效截面积，以加强或减弱光纤中的非线性效应；c) 可灵活设计光纤的色散和色散斜率，并可灵活改变光纤的零色散波长。由于光子晶体光纤的优越特性对超连续谱的产生非常有利，其产生超连续谱的本领远远超过了其它光纤和介质，具有非常诱人的发展前景，因此近年来使用光子晶体光纤产生超连续谱成为国际上研究的热点之一。本文采用分步傅里叶的方法数值求解广义非线性薛定谔方程，模拟了不同条件下光子晶体光纤中超连续谱产生的情况，并作了详细的分析和讨论，得出的主要结论如下： 1) 系统地讨论了各种输入脉冲参数对光子晶体光纤中超连续谱产生的影响，具体包括峰值功率、中心波长、脉冲宽度和初始啁啾的影响。峰值功率越高，越利于超连续谱的产生；当中心波长位于反常色散区时，获得的超连续谱明显好于中心波长位于光纤正常色散区的情况，中心波长离零色散波长越远，光谱展得越宽，但是以牺牲光谱的平坦度为代价，如果中心波长与零色散波长相距太远，将不能观察到超连续谱；脉冲宽度对超连续谱的影响比较复杂，对不同的光纤，必须经过反复模拟选择合适的脉冲宽度；啁啾只在初始展宽和剧烈展宽阶段对光谱有影响，其中当β₂C＜0时啁啾有利于光谱的展宽，当β₂C＞0时刚好相反，在饱和展宽阶段，啁啾不再对光谱产生影响。 2) 系统地讨论了各种光纤参数对光子晶体光纤中超连续谱产生的影响，具体包括光纤长度、二阶色散、三阶色散和纤芯直径的影响。按照光纤长度，可将光谱展宽分为初始展宽、剧烈展宽和饱和展宽三个阶段，为了获得较宽的超连续谱，应当选择合适的光纤长度，使脉冲处于剧烈展宽阶段；如果中心波长处于光子晶体光纤的反常色散区，则二阶色散值越大，越利于光谱的展宽，如果中心波长处于光子晶体光纤的正常色散区，则必须选择色散值较小的光纤；三阶色散对超连续谱的影响非常大，在模拟中不能忽略，它主要影响光谱的平滑度，四阶及四阶以上的色散对光谱基本不产生影响；纤芯直径越小，光子晶体光纤的有效截面积越小，非线性系数越大，越利于超连续谱的产生。

全文目录

引言  9-11
第一章光子晶体光纤简介  11-17
  1.1 PCF的导光特性  11-12
  1.2 PCF的单模特性  12-13
  1.3 PCF的色散特性  13-15
  1.4 PCF 的非线性特性  15
  1.5 PCF 的其它特性  15
  1.6 PCF的制备  15-16
  1.7 PCF的应用前景  16-17
第二章光子晶体光纤中超连续谱产生的基本理论  17-27
  2.1 非线性薛定谬方程  17-20
  2.2 广义非线性薛定愕方程  20-22
  2.3 对称分步傅里叶方法  22-24
  2.4 数值求解的具体方法  24-27
第三章输入脉冲参数对超连续谱产生的影响  27-39
  3.1 脉冲峰值功率的影响  27-28
  3.2 中心波长的影响  28-30
  3.3 脉冲宽度的影响  30-32
  3.4 初始明啾的影响  32-37
  3.5 总结  37-39
第四章光纤参数对超连续谱产生的影响  39-46
  4.1 光纤长度的影响  39-40
  4.2 二阶色散的影响  40-42
  4.3 高阶色散的影响  42-43
  4.4 纤芯直径的影响  43-44
  4.5 结论  44-46
第五章光子晶体光纤中超连续谱产生的机理研究  46-51
  5.1 自相位调制的作用  46-47
  5.2 反常色散区 SC谱形成的机理  47-48
  5.3 正常色散区 SC谱形成的机理  48
  5.4 有关PCF中SC谱形成机理的其它理论  48-49
  5.5 结论  49-51
总结  51-53
参考文献  53-58
致谢  58-59
攻读硕士学位期间的研究成果  59

飞秒光脉冲在光子晶体光纤中产生超连续谱的研究

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