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《湖南大学》 2017年
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光子晶体光纤中正啁啾对色散波及孤子俘获的调控作用

童雄风  
【摘要】:光子晶体光纤是研究超连续谱的优良介质,它的出现为为非线性光纤光学等领域的研究注入了新的活力。与传统的光纤相比,它有一些非常特殊的性质,如无截止单模特性、可控的色散特性、高非线性特性等,这些特性给我们的研究带来了非常大的方便。在光子晶体光纤中,超连续谱的产生是一个非常复杂的非线性过程,光纤的结构、色散效应、自相位调制(SPM)、自陡峭效应(SS)、交叉相位调制(XPM)等很多因素都会影响超连续谱的生成。将飞秒脉冲泵浦在光纤的反常色散区,在介质的非线性效应和高阶色散的微扰作用下,反常色散区的高阶孤子将会分裂为基阶孤子,并且在满足相位匹配条件下,在孤子分裂过程中的正常色散区会辐射出色散波。基于广义非线性薛定谔方程,本文数值研究了双零色散波长光子晶体光纤中正啁啾对色散波的产生以及孤子俘获色散波的影响过程,同时分析了正啁啾对孤子稳定性的影响,取得主要成果如下:第一:从麦克斯韦方程出发,推导出光脉冲在光纤中传输所遵循的非线性薛定谔方程,并用分步傅里叶算法求解了广义的非线性薛定谔方程,且对计算精度进行了分析。接着采用模拟交叉相关频率分辨光学开关(X-FROG)技术,用来研究脉冲的时频特性,以及分析孤子与色散波传输特性,并得到了孤子俘获色散波的演化过程。第二:分析了在光子晶体光纤中色散以及主要非线性效应对光脉冲传输的影响。群速度会使输入脉冲发生展宽,展宽的速度与色散长度有关,并且脉冲的展宽速度仅仅和二阶色散的绝对值相关,与其正负无关。自相位调制导致输出频谱中出现了新的频率成分,从而使光谱的输出频谱展宽。脉冲内喇曼散射致使能量不断地从蓝移分量转移到红移分量,随着传输距离的增加,这种能量转移就表现为孤子频谱的红移。自陡峭效应使输出波形的峰值向脉冲后沿移动,致使脉冲变得不对称。第三:数值模拟了在光纤反常色散区理想状态下高阶孤子的传输以及在高阶色散和高阶非线性作用下高阶孤子的分裂以及色散波的产生,数值研究结果表明:在不考虑微扰的情况下,高阶孤子将会呈周期性的演化;但是,当考虑到光脉冲在光纤中传输受到微扰时,高阶孤子会分裂成基阶孤子,并且向外辐射出能量。接着研究了啁啾对色散波能量分布、孤子稳定性的影响。结果表明:正啁啾能显著的提升色散波的产生效率,产生的色散波强度与啁啾值成正比;并且能够影响孤子的稳定性。因此,选择合适的啁啾值,利用正啁啾对色散波及俘获波的调控作用可以用来提高超连续谱蓝端的能量分布。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN253;O734

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