喇曼光纖激光器和超連續(xù)譜的研究.pdf

1、喇曼光纖激光器和超連續(xù)譜光纖光源都是以光纖中的非線(xiàn)性效應(yīng)為基礎(chǔ)制成的優(yōu)秀光源，在光通信、光纖傳感、顯示、軍事等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，引起了人們的廣泛關(guān)注，并成為近期的研究熱點(diǎn)。本論文從理論上對(duì)喇曼光纖激光器和超連續(xù)譜這兩個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行了研究與討論。主要內(nèi)容包括： 1． 級(jí)聯(lián)喇曼光纖激光器的理論研究 以光纖中的受激喇曼散射效應(yīng)為基礎(chǔ)，對(duì)線(xiàn)形腔級(jí)聯(lián)喇曼光纖激光器建立了矩陣形式的理論模型。研究了單波長(zhǎng)喇曼光纖激光器泵浦光

2、和各級(jí)Stokes光在腔內(nèi)的功率分布以及光纖長(zhǎng)度對(duì)級(jí)聯(lián)喇曼光纖激光器輸出特性的影響；得到了激光器的輸出功率特性以及閾值、斜率效率和最大輸出功率隨光纖長(zhǎng)度的變化規(guī)律。對(duì)雙波長(zhǎng)喇曼光纖激光器的輸出特性進(jìn)行了模擬；結(jié)果顯示，在給定泵浦功率下，任意改變一個(gè)輸出耦合比都能影響兩個(gè)Stokes光的輸出功率和總輸出功率；Stokes光輸出功率的變化隨著輸出耦合比的增加而趨于平緩。 2． 同級(jí)多波長(zhǎng)喇曼光纖激光器的理論研究 對(duì)線(xiàn)形腔同

3、級(jí)多波長(zhǎng)喇曼光纖激光器建立了矩陣形式的理論模型，并指出了它和級(jí)聯(lián)喇曼光纖激光器模型的區(qū)別。提出了一種最優(yōu)化法求解模型中兩點(diǎn)邊值問(wèn)題的算法——龍格．庫(kù)塔法和非線(xiàn)性最小二乘法相結(jié)合的新算法。研究了同級(jí)多波長(zhǎng)喇曼光纖激光器的輸出功率特性，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)波長(zhǎng)輸出功率的均等。模擬了每個(gè)輸出光柵反射率改變時(shí)，多波長(zhǎng)線(xiàn)形腔喇曼光纖激光器的輸出特性變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)對(duì)任意波長(zhǎng)的輸出光柵進(jìn)行調(diào)節(jié)，不但會(huì)影響該波長(zhǎng)輸出功率，還會(huì)通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)改變其他Stokes光的

4、輸出功率。 3． 脈沖在光纖中產(chǎn)生超連續(xù)譜的理論研究 以對(duì)稱(chēng)分步傅立葉方法來(lái)求解非線(xiàn)性薛定諤方程為基礎(chǔ)，研究了脈沖在光纖中產(chǎn)生超連續(xù)譜的機(jī)理。在數(shù)值模擬中發(fā)現(xiàn)，調(diào)制不穩(wěn)定性是產(chǎn)生超連續(xù)譜的內(nèi)在機(jī)制；色散系數(shù)能夠有效地調(diào)節(jié)調(diào)制不穩(wěn)定性；自相位調(diào)制效應(yīng)是調(diào)制不穩(wěn)定性出現(xiàn)的主要原因；其他的非線(xiàn)性效應(yīng)能夠增強(qiáng)或是減弱調(diào)制不穩(wěn)定性；高的脈沖峰值功率能夠增強(qiáng)非線(xiàn)性效應(yīng)，拓寬譜形。對(duì)脈沖在雙折射光纖中產(chǎn)生超連續(xù)譜進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究

5、了超連續(xù)譜隨波長(zhǎng)的偏振態(tài)演變。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，獲得的偏振態(tài)是混亂的。這說(shuō)明雙折射光纖兩個(gè)偏振方向的耦合作用很強(qiáng)烈。 4． 連續(xù)光在光纖中產(chǎn)生超連續(xù)譜的理論研究 建立了連續(xù)光泵浦產(chǎn)生超連續(xù)譜的理論模型。對(duì)連續(xù)光進(jìn)行準(zhǔn)周期處理，并添加相對(duì)強(qiáng)度噪聲。結(jié)果顯示，該模型能夠較準(zhǔn)確地描述譜形，而且是準(zhǔn)周期越大越接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果；相對(duì)強(qiáng)度噪聲對(duì)譜寬有極大的促進(jìn)作用。研究了反常色散區(qū)域和正常色散區(qū)域光纖中連續(xù)光產(chǎn)生超連續(xù)譜的演變過(guò)程。反常色散區(qū)

6、，調(diào)制不穩(wěn)定性對(duì)連續(xù)泵浦光產(chǎn)生了調(diào)制，使得出現(xiàn)了脈沖序列：脈沖的峰值功率達(dá)到了喇曼孤子的閾值后，形成了超短脈沖；頻域上表現(xiàn)為長(zhǎng)波方向進(jìn)行喇曼孤子白頻移(紅移)，短波方向由于高階色散的作用，高階喇曼孤子會(huì)裂變成基態(tài)孤子，并且通過(guò)四波混頻效應(yīng)，釋放出色散波(藍(lán)移)，最終形成了超連續(xù)譜。正常色散區(qū)域，連續(xù)泵浦光在長(zhǎng)波方向激起了滿(mǎn)足喇曼頻移正好處在光纖的零色散點(diǎn)附近的下一級(jí)stokes，它在調(diào)制不穩(wěn)定性的作用下，分裂成脈沖序列，其過(guò)程和反常色散