微納光纖脈沖壓縮器的理論研究.pdf

1、近年來，隨著器件設計理論的完善和制備工藝技術的迅速發(fā)展，微型化已經成為光電子器件的重要發(fā)展趨勢。微米乃至納米量級的光子器件能夠成功制造得益于成功制備了低損耗的微納光纖。合理設計的微納光纖具有大的非線性系數，而且其色散比常規(guī)光纖大干余倍，這些特性為研究微型、高效的光脈沖壓縮器提供了可能。本文基于微納光纖來設計全光纖脈沖壓縮器，并對微納光纖脈沖壓縮器的特性進行了數值模擬及理論研究，為實現微納尺度光脈沖的有效壓縮奠定了理論基礎。本文主要研究內

2、容如下：
　　 首先，基于光纖模式理論，理論上研究了微納光纖的傳輸特性。根據微納光纖的兩層圓柱理論模型，利用麥克斯韋方程組和邊界條件，主要研究了其模場分布、傳播常數、單模條件、非線性參數、波導色散以及傳輸效率等重要的參數。
　　 其次，系統(tǒng)研究了高階非線性效應，包括脈沖內拉曼散射、三階色散效應以及自陡效應對微納光纖脈沖壓縮的影響程度。數值模擬的結果表明，在這三種高階非線性效應當中，脈沖內拉曼散射對單晶硅微納光纖中脈沖壓縮

3、的影響幾乎可以忽略，三階色散效應對脈沖壓縮的影響很小，當孤子階數比較低時其影響也是可以忽略的，而自陡效應相比拉曼和三階色散效應而言對脈沖壓縮的影響則略大一些。
　　 最后，基于單晶硅微納光纖，研究了在兩種不同的脈沖壓縮方法下芯徑大小變化對脈沖壓縮特性的影響。由于在現有的光纖拉制工藝條件下，很難實現高精度微納光纖的制備，難以避免在芯徑大小上出現小范圍的誤差。因此基于單晶硅微納光纖處在反常群速度色散區(qū)能夠實現孤子效應脈沖壓縮以及處在

4、正常群速度色散區(qū)能夠實現負啁啾脈沖壓縮的特性，我們研究了在這兩種不同的脈沖壓縮方法下芯徑大小的波動對脈沖壓縮特性的影響，其中脈沖壓縮特性包括壓縮因子、質量因子以及最佳光纖長度。當利用孤子效應進行脈沖壓縮，芯徑大小在350nm的基礎上增加5％時，對脈沖壓縮特性幾乎都沒有影響，但是當芯徑減小3％時就明顯影響了脈沖壓縮器特性的穩(wěn)定。對于負啁啾脈沖壓縮，脈沖的壓縮因子隨直徑增大而增大，當直徑大于300nm后開始減小，質量因子和最佳光纖長度的變化