微納光纖中調(diào)制不穩(wěn)定性的理論研究.pdf

1、調(diào)制不穩(wěn)定性是一種普遍存在于非線性系統(tǒng)中的現(xiàn)象。光學(xué)中的調(diào)制不穩(wěn)定性起源于色散和非線性效應(yīng)的相互作用，其在頻域上表現(xiàn)為譜線旁瓣的產(chǎn)生，在時(shí)域上使連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)光分裂成一系列短脈沖串。微納光纖是一種尺度在微納量級(jí)的光波導(dǎo)，通過選擇合適的材料和芯徑，其具有強(qiáng)的色散和非線性，為研究微納尺度光波導(dǎo)的調(diào)制不穩(wěn)定性提供了條件。本文將首先研究微納光纖的模式特性及其非線性傳輸特性，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了微納光纖中的調(diào)制不穩(wěn)定性。本論文的主要工作包括：

2、>　　 本文從麥克斯韋方程出發(fā)，研究了常規(guī)二氧化硅微納光纖和具有高折射率薄介電層微納光纖的模場分布、色散特性以及非線性特性。當(dāng)入射波長為632.8nm時(shí)，具有TiO2-PMMA T80薄介電層微納光纖的色散曲線相比于微納光纖的色散曲線向左平移，零色散點(diǎn)半徑以及最大色散點(diǎn)半徑都比微納光纖的要小。具有TiO2-PMMA T80薄介電層微納光纖的非線性系數(shù)的最大值是微納光纖的近1000倍，均在光纖的正常色散區(qū)。當(dāng)光纖長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于色散長度以及

3、非線性長度時(shí)，非線性長度與色散長度的比值可以用來描述在傳輸過程中是色散還是非線性占主導(dǎo)地位。當(dāng)纖芯半徑小于150nm時(shí)，非線性特性和色散特性對(duì)于常規(guī)二氧化硅微納光纖的導(dǎo)波特性都很重要。隨后纖芯半徑的增加，非線性長度與色散長度比值減小，非線性特性占主導(dǎo)地位。而具有TiO2-PMMA T80薄介電層微納光纖的非線性長度與色散長度的比值非常小，脈沖在光纖中傳輸時(shí)非線性特性基本上均處于主導(dǎo)地位。
　　 基于非線性薛定諤方程，本文采用傳統(tǒng)

4、的線性穩(wěn)定性分析，研究了常規(guī)微納光纖以及具有高折射率的薄介電層微納光纖中的調(diào)制不穩(wěn)定性。通過數(shù)值計(jì)算分別得到了調(diào)制不穩(wěn)定性的增益譜，數(shù)值模擬了在常規(guī)二氧化硅光纖以及具有高折射率薄介電層微納光纖中利用調(diào)制不穩(wěn)定性產(chǎn)出規(guī)則的高重復(fù)率超短脈沖序列，并進(jìn)行了深入分析。
　　 通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)微納光纖能在很短的傳輸距離內(nèi)通過調(diào)制不穩(wěn)定性產(chǎn)生規(guī)則的超短脈沖序列。由于調(diào)制不穩(wěn)定性是孤子的前奏，因而微納光纖以及具有高折射率薄介電層微納光纖可控的