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基于光子晶体光纤的宽带平坦超连续谱研究

朱瑞莲  
【摘要】:超连续谱在生物、医学、信息、测量、军事等领域具有非常广泛的应用,因此它一经出现就受到了人们的广泛关注。光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)灵活多变的结构特性、高非线性、可控的零色散点及独特的色散特性决定了其是产生超连续谱的良好介质。近年来基于PCF的超连续谱研究得到了迅猛发展。本文以超连续谱的3dB带宽为基准,理论分析研究了超连续谱的平坦度和宽度随各种特征参数变化的影响。 本文利用分步傅立叶方法来求解广义非线性薛定谔(GNLS)方程模拟了超短高斯脉冲在PCF中的非线性传输及超连续谱的产生。对三组具有不同色散性质的PCF中产生的超连续谱进行分析、比较,正常色散PCF中产生的超连续谱具有较好的平坦性,而在其它两组PCF中产生的超连续谱平坦性均不好。在具有正常色散的PCF中,研究PCF的结构参数(空气孔间距Λ和孔径孔距比f)对超连续谱产生的影响。研究表明:当Λ或者f增大时,超连续谱的3dB带宽增大,因此大Λ或大f对超连续谱的平坦度是有好处的。另一方面当Λ或f增大到某一值后PCF的色散会变为负值,不利于平坦超连续谱的产生。通过对不同结构产生的超连续谱进行比较分析,得出了优化的PCF结构。 分析比较具有不同特性(半峰全宽度TFWHM和初始峰值功率P0)的高斯脉冲通过最优结构的PCF后产生的超连续谱来研究脉冲特性对超连续谱产生的影响。研究表明:在TFWHM=100fs保持不变的情况下,增大P0,超连续谱的3dB带宽先变大后变小,所以要得到大带宽的平坦超连续谱并不是P0越大越好;而固定Po=100W时,脉冲宽度变小,超连续谱的3dB带宽变大,因此小脉宽有利于产生大带宽的平坦超连续谱。综上所述,要产生大带宽而且平坦度高的超连续谱,必须合理选择脉冲的特性。 基于上面得到的超连续谱,优化光子晶体光纤中产生的超连续谱。通过计算超连续谱的带宽,得到了超连续谱3dB带宽和10dB带宽随脉冲特性变化的关系图。从3dB带宽图中,得到了超连续谱带宽最大时对应的高斯脉冲特性,即得到了产生最优超连续谱的高斯脉冲。


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