文档介绍：输特性研究模光纤中宽带脉冲与色散波的单传湖南大学博士学位论文学校代号:学密级:普通号:
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作者虢岛士斥吼甤,年。月二日湖南大学学位论文原创性声明学位论文版权使用授权书本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于⒈C芸冢年解密后适用本授权书。⒉槐C艽选朐谝陨舷嘤Ψ娇蚰诖颉啊獭作者签名:日期:勿耗日期:贗导师签名:刍月耡日
摘要光脉冲在光纤中的传输是一个基本的非线性光学问题,随着光纤通信系统向超高速、超大容量、超长距离的持续发展,其重要性日益突出。光脉冲在光纤中的传输又是一个非常复杂的非线性过程,受多种因素的制约,特别是随着超短脉冲技术和光纤技术的发展,群速度色散、高阶色散、自相位调制、交叉相位调制、高阶孤子分裂、拉曼自频移、双折射以及增益鸷等诸多效应的作用及输入脉冲本身的一些参数如波长、脉冲形状与脉宽、啁啾等的影响都同时体现出来,不仅使光纤中的传输问题日益复杂化,同时又导致了大量新的物理现象发生。本论文正是针对非线性光纤光学的前沿发展,研究单模光纤中宽带激光脉冲和色散波的传输特性,取得如下研究结果:第一,突破光纤放大器增益带宽远大于信号频谱带宽的限制条件,建立了宽带激光脉冲在掺铒光纤放大器中传输放大的物理模型,揭示了宽带脉冲在增益光纤中传输的新特性。采用高增益放大链实现高功率的脉冲输出时,将导致脉冲频谱的极大展宽,而当脉冲的带宽与放大器的增益带宽接近时,带宽的影响就非常重要。以前的模型大多是假设放大器的增益带宽远大于信号的频谱带宽,已有的实验证明抛物脉冲的带宽超过放大器的增益带宽时,脉冲将引入非线性啁啾,既降低了压缩效率,也导致脉冲质量下降,也就是说,以前的近似假设已不适用于宽带脉冲传输的情况。本文基于建立的物理模型研究发现,当脉冲的带宽和掺铒光纤放大器的增益带宽接近时,放大器限制了宽带脉冲的放大效率,而通过选择最佳光纤长度可以突破这种限制;增益带宽对啁瞅孤子放大的影响和啁啾的符号相关。第二,研究宽带脉冲在光纤环形腔中的传输,数值模拟发现被动锁模光纤环形激光器可以实现稳定的孤子输出,实验观察到了在全反常色散掺铒被动锁模光纤环形激光器中宽频带类噪声脉冲的产生。光纤环形腔中脉冲的传输模型通常是—方程,它是在激光器的增益曲线近似为抛物形,且光与物质相互作用遵循激光速率方程的条件下得到的,这种近似仅在输出孤子脉冲的谱宽远小于激光器增益带宽的情况下才适用。为了准确描述光纤环形腔中的脉冲传输,需要采用狟方程。由于脉冲峰值箝制效应,即使在瓸方程描述下,也可以在被动锁模光纤激光器中获得稳定的孤子输出,且增益带宽对输出孤子脉冲的特性有重要影响。此外,在全反常色散掺铒被动锁模光纤激光中,实验观察到了宽频带类噪声脉冲的产生,其频谱的砀叽的D夥⑾挚泶牟牍庀说乃凵学模光纤中宽带脉冲.‘了色散波的传输特性研究
有关。第三,研究宽带脉冲在光子晶体光纤中传输时色散波的产生和传输特性,获得了三阶色散和自陡效应对色散波产生和传输的影响规律。色散波可以实现将激光的能量转移到新的频谱成分上,因而提供了许多潜在的应用,无论是在理论还是实验上都吸引了众多的关注。本文通过数值求解光子晶体光纤中脉冲传输遵循的非线性演化方程,证实了当宽带脉冲在具有负三阶色散的光子晶体光纤中传输时,脉冲的大部分能量转移到了红移色散波上。当输入脉冲较窄从而色散波产生的距离较短时,三阶色散对脉冲频移增强的作用在光纤的零色散波长处由于“频谱反弹”效应而被抑制。由于红移色散波和蓝移色散波产生的机理不同,自陡效应对红移色散波的影响并不显著。在光纤的输出端,能量主要集中在零色散波长区域和色散波波长区域。第四,研究光子晶体光纤中脉冲的初始啁啾对色散波的影响,提出并证明通过控制输入孤子脉冲的初始啁啾可以操控光子晶体光纤中色散波的产生。本文通过研究输入孤子脉冲的初始啁啾对色散波产生的影响,发现:对于高阶孤子,正、负啁啾分别加速和延缓色散波的产生;而对于基态孤子,正、负啁啾都延缓色散波的产生;无论是基态孤子还是高阶孤子,由于啁啾的引入,孤子的能量转移到色散波上的效率降低,但这种降低可以简单地通过增加光纤的长度来补偿。如何有效地控制受激发的频率落入感兴趣的范围是一项非常具有挑战性的工作,如果能