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《燕山大学》 2010年
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光子晶体光纤的双零色散和非线性特性的理论和实验研究

李立肖  
【摘要】: 光子晶体光纤中的色散特性和高非线性特性研究是当前光子晶体光纤研究的两个重要领域,而具有双零色散波长的光子晶体光纤的非线性特性研究已成为其研究的重点之一。本文从理论和实验上分别对光子晶体光纤的双零色散特性和非线性特性进行了研究,主要内容如下: 首先,利用改进的有效折射率法对不同结构光子晶体光纤的色散和非线性系数进行了数值模拟,分析了结构参数对色散和非线性系数的影响,并在此基础上进一步研究了具有两个零色散波长的光子晶体光纤的双零色散和非线性特性,从而为具有双零色散波长的光子晶体光纤的非线性研究提供了理论基础。 其次,运用多极法通过优化孔节距和包层空气孔半径设计了一种具有双零色散波长的高非线性光子晶体光纤,利用分步傅立叶方法数值模拟超短脉冲在其中传输的情况。发现经过传输,两个零色散波长之间的主要能量被转换至位于正常色散区的两边带峰处,多于99%的光能都被转移至两边平坦的带峰,且两边带峰受波长影响较大,但对脉冲能量和泵浦脉冲的啁啾不敏感,这就产生了高稳定性的谱带,具有广泛的应用前景。 最后,利用自制的高非线性光子晶体光纤进行了飞秒激光脉冲传输实验,研究了在不同功率、不同输入波长下光子晶体光纤的频率转换现象。分析了输入激光脉冲的中心波长、输入功率分别对光纤产生的反斯托克斯波的中心波长、强度以及频率转换效率的影响。结果显示,输入脉冲的中心波长越接近零色散波长,转换效率越大,当输入脉冲中心波长为760 nm时,产生的反斯托克斯波的中心波长为465 nm,其强度是抽运波剩余强度的8.1倍,转换效率高达90%。
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