微結(jié)構(gòu)光纖中超短脈沖的傳輸特性研究.pdf

1、微結(jié)構(gòu)光纖因具其不尋常的光學(xué)性質(zhì)和潛在的應(yīng)用價(jià)值而成為研究熱點(diǎn),而飛秒脈沖與微結(jié)構(gòu)光纖相結(jié)合,能夠產(chǎn)生豐富的非線性現(xiàn)象。超連續(xù)譜的產(chǎn)生是微結(jié)構(gòu)光纖最普遍的應(yīng)用,飛秒量級(jí)孤子動(dòng)力學(xué)在超連續(xù)譜的產(chǎn)生中起到至關(guān)重要的作用。同時(shí),孤子與色散波相互作用,能夠產(chǎn)生超精細(xì)的超連續(xù)譜結(jié)構(gòu),對(duì)產(chǎn)生新現(xiàn)象的理論機(jī)制目前尚無(wú)統(tǒng)一定論。因此,本文在此基礎(chǔ)上,做了以下幾方面的研究工作:
　　第二章從麥克斯韋方程組出發(fā),回顧了飛秒脈沖在微結(jié)構(gòu)光纖中傳輸時(shí)遵從

2、的廣義薛定諤方程,對(duì)光纖中的非線性效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。
　　第三章對(duì)分步傅里葉方法和有限時(shí)域差分方法進(jìn)行介紹,用分步傅里葉方法對(duì)孤子分裂、超連續(xù)產(chǎn)生及泵浦波長(zhǎng)位于零色散波長(zhǎng)的超短脈沖在微結(jié)構(gòu)光纖中傳播時(shí)的時(shí)域和譜域特性進(jìn)行了數(shù)值模擬,用有限時(shí)域差分方法數(shù)值模擬了脈沖在微結(jié)構(gòu)光纖輸出端的空間模式分布,得到如下主要結(jié)論:
　　(1)泵浦波長(zhǎng)位于反常色散區(qū),由于自相位調(diào)制和反常群速度色散的共同作用,脈沖形成高階時(shí)間孤子,高階孤子受

3、到擾動(dòng),發(fā)生孤子分裂,產(chǎn)生基態(tài)孤子,基態(tài)孤子具有不同的頻率和傳輸速度,在時(shí)間上發(fā)生走離效應(yīng)。
　　(2)高階孤子分裂過(guò)程,同時(shí)輻射出與孤子相位匹配的色散波,色散波位于正常色散區(qū),隨著泵浦功率的增加,正常色散區(qū)的紅頻部分增加緩和,而藍(lán)頻成分劇烈增加,孤子分裂和色散波的產(chǎn)生是導(dǎo)致超連續(xù)譜產(chǎn)生的主要原因。
　　(3)泵浦波長(zhǎng)為零色散波長(zhǎng)時(shí),二階色散系數(shù)為零,三階色散參量的符號(hào)對(duì)脈沖演變有巨大影響:TOD為正時(shí),藍(lán)頻部分經(jīng)歷正常色散

4、,紅頻部分經(jīng)歷反常色散,光譜的紅移部分形成光孤子。初始脈沖發(fā)生分裂,次脈沖的傳輸速度比初始脈沖的慢,各個(gè)成分有時(shí)間延遲,脈沖形狀發(fā)生彎曲,彎曲程度和泵浦功率相關(guān);TOD為負(fù)時(shí),藍(lán)頻區(qū)域?yàn)榉闯Ｉ^(qū)域,形成時(shí)間孤子。初始脈沖發(fā)生分裂,次脈沖傳輸速度比初始脈沖快。
　　(4)脈沖在微結(jié)構(gòu)光纖中傳輸時(shí),光波被嚴(yán)格限制在纖芯內(nèi),且光纖中支持多種傳輸模式。
　　第四章對(duì)孤子分裂和超連續(xù)譜的產(chǎn)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果跟數(shù)值模擬結(jié)果吻合較