光纤激光器中组合孤子的传输

【摘要】：光纤激光器具有体积小,重量轻,增益特性好,转换效率高,阈值低,输出光束质量好,与现有通信系统相兼容等特点。它在光纤通信,汽车制造,激光打标,工业造船,甚至军事等方面都具有潜在的应用价值。随着超快光学领域的快速发展,近年来利用光纤激光器产生超短脉冲得到人们的广泛关注。迄今为止,不同类型的脉冲,例如光孤子,飞秒脉冲,矩形脉冲,多波长脉冲等都已在光纤激光器的实验中被观察到。尤其是光孤子这种由介质中的线性效应和非线性效应达到精确平衡时产生的特殊超短光脉冲,因它在全光通讯中具有信息容量高、传输距离长、传输速率高、误码率低、保密性好及抗干扰力强等优点被学者们广泛研究。然而在众多光孤子的研究中,数值研究亮暗孤子对,偶极孤子等组合孤子在光纤激光器中的传输特性的较少。本文基于简化的光纤激光器模型,通过MATLAB软件采用分步傅里叶变换算法,数值研究亮暗孤子对以及偶极孤子在光纤激光器中的传输特性。具体的内容有:(1)介绍光孤子的概念与分类,及其国内外研究进展和应用前景;介绍光纤激光器中光孤子的产生以及国内外的研究进展。(2)理论模型的建立。基于简化的光纤激光器模型,建立光脉冲在光纤激光器中的平均化传输方程模型;另外考虑孤子之间的相互作用,得到光脉冲在光纤激光器中传输的耦合非线性薛定谔方程。(3)首先基于光脉冲在光纤激光器中的平均化传输方程模型,采用分步傅立叶方法,研究亮暗孤子对在光纤激光器中的传输特性。其次,基于修正的耦合非线性薛定谔方程模型,分析研究亮暗孤子对在光纤激光器中传输时受到增益,饱和能量,脉冲宽度,偏振角度等因素的影响。研究结果表明:在光纤激光器中,亮暗孤子对的稳定存在与群速度色散有关,亮暗孤子对在零色散区可以保持波形不变地稳定传输。同时,它还受光纤激光器中的小信号增益系数,光孤子的饱和能量和初始脉冲宽度,偏振角度等因素的影响。小信号增益系数越大,饱和能量越大,则亮暗孤子对峰值强度越大,脉宽越窄,当峰值强度增大到一定程度,亮暗孤子对发生分裂。而偏振控制器可以控制亮暗孤子对的输出。(4)基于光纤激光器中修正的平均化非线性薛定谔方程,数值研究偶极孤子在光纤激光器中的传输特性。研究结果表明:当色散为零,小信号增益系数为零时偶极孤子在光纤激光器中能够保持非常稳定地传输;同时随着光纤激光器中色散,增益,脉冲宽度等值的变化,偶极孤子发生改变,产生孤子间距增大,脉冲展宽等现象。