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《湖南大学》 2006年
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光子晶体光纤中超连续谱产生的机制及控制研究

韩文  
【摘要】:超连续谱产生现象是指超短脉冲在介质中传输时由于介质的非线性效应导致脉冲的光谱被极大地加宽。它在高速光通信领域有广泛的应用。而光子晶体光纤具有丰富的非线性效应,是产生和控制超连续谱的一种非常有效的方法,所以光子晶体光纤中超连续谱产生成为近几年光纤通信领域的一个研究热点。本文研究光子晶体光纤中超连续谱产生的机制及控制方法,取得了如下主要成果: 光子晶体光纤中超连续谱的产生机制非常复杂,数值模拟是重要的分析手段。基于光子晶体光纤中光脉冲传输的非线性薛定谔方程开发了能模拟超连续谱产生的计算机程序,并利用该程序对光子晶体光纤中超连续谱的产生机制进行了详细分析,发现光子晶体光纤中超连续谱的产生过程可大致分成初始缓慢展宽、快速展宽和饱和三个阶段。在传输的初始阶段,频谱展宽主要是自相位调制的作用,高阶效应对超连续谱形成的影响都很小;随着传输距离的增大,高阶效应对超连续谱产生重要影响,其中高阶色散效应导致频谱中蓝移分量的形成和超连续谱的不对称性,受激拉曼散射导致孤子自频移,使频谱中心转移到红外区域,从而导致频谱中斯托克斯分量的形成。 常规的超连续谱产生利用超短脉冲注入,我们提出利用光子晶体光纤中的调制不稳定性产生超连续谱的新方法,这种方法使利用长脉冲注入也能产生超连续。采用数值模拟论证了这种方法并分析了其机制。结果表明:采用准连续波作为入射脉冲,被微扰的初始脉冲在传输过程中表现出了调制不稳定性,使初始脉冲产生分裂成超短脉冲串,脉冲频谱毛刺由于调制不稳定性迅速展宽,并且随着传输距离的增大,频谱出现旁瓣,最终被极大展宽形成超连续谱。 最后,利用数值方法研究了反常色散情形下光子晶体光纤中脉冲初始啁啾对超连续谱产生的影响,探讨了利用脉冲啁啾控制超连续谱产生的方法。结果表明,正、负啁啾均使谱展宽的速率变小,尤其是负啁啾情形,展宽速率更小,说明啁啾对谱展宽是不利的。此外,在一定的初始功率下,光谱展宽存在一个最佳光纤长度,在这个长度处,光谱展宽最大,进一步增加光纤长度,谱宽基本保持不变。相对于变换极限脉冲来说,初始正、负啁啾脉冲对应的最佳光纤长度分别缩短和延长。所以初始脉冲采用变换极限脉冲并且选择最佳光纤长度可得到理想的超连续谱。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN818

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