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单模光纤中光脉冲的压缩及光脉冲对的分裂与聚合研究

曾祥梅  
【摘要】:本文的工作包括两部分:一、研究了单模光纤中光脉冲的压缩;二、光脉冲对在非线性单模光纤中的传输问题。 光通讯技术与光信息处理技术具有广阔的应用前景。在这种技术中,无论是信息的快速传输与获取,还是通讯系统的增容,超短脉冲激光是十分重要的手段。因此超短脉冲的产生是最基础,同时也是最关键的技术。已有的研究结果表明:利用光纤的色散和非线性效应压缩光脉冲是一种得到超短脉冲光的简单、易行的实用方法。本文在上述光脉冲压缩技术的基础上,提出了用高阶色散效应和高阶非线性效应来实现光纤中光脉冲的压缩。并且分别对常规光纤、色散管理光纤以及色散位移光纤中光脉冲的压缩规律作了系统的研究。得到如下结论: 1.在常规光纤中,当光脉冲初始频率啁啾为零时,高阶孤子表现为周期性的压缩和展宽;随着孤子脉冲峰值功率的增高,输出脉冲压缩比增大,压缩到最窄时所需的最佳光纤长度减小,输出脉冲的压缩质量下降。当考虑正三阶色散(TOD)和喇曼(RSS)效应的影响,光脉冲的压缩比减小;而对于负的TOD和RSS效应,光脉冲的压缩比增大。对负的TOD和RSS效应,存在一个最佳的TOD参数值,选取这一最佳值,光脉冲压缩比达到最大。当光脉冲的初始频率啁啾不为零时,负啁啾脉冲在光纤正色散区被压缩,随着初始脉冲峰值功率的增高,脉冲的压缩比减小;正啁啾脉冲在光纤负色散区被压缩,随着初始脉冲峰值功率的增高,脉冲的压缩比增大。 2.在色散管理光纤中,基孤子脉冲司以被压缩。当考虑高阶效应的影响时,输出脉冲的压缩比减小。其中,正的三阶色散和喇曼自频移效应和负的三阶色散和喇曼自频移效应都使输出脉冲的压缩比减小。但前者比后者压缩的程度小,且压缩到最窄时,前者比后者所需的最佳纤长小。 3.在色散位移光纤中,处于正常色散区的泵浦脉冲和处于反常色散区的信号脉冲同时传输。当信号脉冲和泵浦脉冲的脉宽相等时,由于交叉相位调制(XPM)效应的影响,信号脉冲被压缩。随着泵浦脉冲强度的增大,信号脉冲的压缩因子增大,输出脉冲功率增大,而压缩到最窄时所需的光纤长度减小,压缩质量减小。在保持泵浦脉冲的N值不变的条件下,当泵浦脉冲的脉宽小于信号 脉冲的脉宽时,信号脉冲的压缩因子增大,脉冲压缩到最窄时所需的光纤长度 减小。反之,当泵浦脉冲的脉宽大于信号脉冲的脉宽时,信号脉冲的压缩因子 减小,脉冲压缩到最窄时所需的光纤长度增大。 本文还研究了光脉冲对的聚合和分裂。通过数值求解非线性薛定谬方程, 发现脉冲的分裂、聚合现象。讨论了不同入射光强度下,分裂、聚合的特点, 以及产生分裂、聚合的物理机制。对聚合后光脉冲的频谱进行了分析,除了观 察到与入射脉冲相同的中心频带外,还存在两个频带较宽的边带。


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