光纤中诱导调制不稳定性对光学流氓波的调控作用研究

【摘要】：流氓波(流氓孤子)最初用来描述海洋中一种波高极大、能量集中、持续时间极短的极具破坏性的波浪。近年来,光纤系统中的光流氓孤子(RS)引起人们的关注,它形成于长脉冲(皮秒、纳秒甚至连续波)泵浦产生超连续谱(SC)的过程中,且调制不稳定性起了关键作用。自发调制不稳定性下产生的RS具有不可预测性,难以利用,一般需要设置滤波器来滤除RS,以提高频谱的平坦性及稳定性。诱导调制不稳定性下的SC及RS表现出一些新的特点,本文基于广义的非线性薛定谔方程,采用分步傅立叶方法,数值研究了诱导调制不稳定性下在SC的产生过程中对RS的调控作用。文中采用标准的单模光子晶体光纤作为传输媒介,取得的主要研究成果如下:第一,探究了包含高阶色散及拉曼效应在内的调制不稳定性增益谱,为选取合适的信号光提供理论基础。采用振幅调制的亚皮秒脉冲反常色散区泵浦,研究了诱导调制不稳定性下SC和RS的产生过程及其机理。同时,采用窗口傅里叶变化模拟实现的交叉相关频率分辨光学开关(X-FROG)技术,观察了整个超连续谱中各频谱分量的时频特性。第二,基于数值仿真的结果,详细分析了不同调制频率及调制深度下超连续谱及RS的产生情况。当调制频率很低或位于增益谱的尾部时,信号光几乎不起作用;当调制频率位于增益谱的峰值附近时,能显著提升RS的产生效率,不过RS会影响超连续谱的平坦性;调制深度也会影响RS的产生,非常弱的信号光或比较大的调制深度均能高效率地产生RS,并对这两种情形下RS产生的不同机理做了分析。在RS可稳定传输的条件下,选取合适的调制频率,可在宽范围内连续调节调制深度,获得波长可调谐RS;RS出射所需的最短光纤长度也可通过调制深度调节。只要选取合适的泵浦条件,信号光能抑制噪声的增长,这种条件下产生的RS可控、稳定、可以利用。RS携带大量能量,可用来产生高功率、高能量占比的中红外频谱分量。此外,由于RS可调谐,对于研究可选择性激发SC、产生特定波长处的频谱具有重要的理论指导意义。