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性效應為基礎制成的優(yōu)秀光源，在光通信、光纖傳感、顯示、軍事等領域具有重要的應用價值，引起了人們的廣泛關注，并成為近期的研究熱點。本論文從理論上對喇曼光纖激光器和超連續(xù)譜這兩個方面的內容進行了研究與討論。主要內容包括： 1． 級聯(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為基礎，對線形腔級聯(lián)喇曼光纖激光器建立了矩陣形式的理論模型。研究了單波長喇曼光纖激光器泵浦光

2、和各級Stokes光在腔內的功率分布以及光纖長度對級聯(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度的變化規(guī)律。對雙波長喇曼光纖激光器的輸出特性進行了模擬；結果顯示，在給定泵浦功率下，任意改變一個輸出耦合比都能影響兩個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． 同級多波長喇曼光纖激光器的理論研究 對線形腔同

3、級多波長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邊值問題的算法——龍格．庫塔法和非線性最小二乘法相結合的新算法。研究了同級多波長喇曼光纖激光器的輸出功率特性，實現(xiàn)了各個波長輸出功率的均等。模擬了每個輸出光柵反射率改變時，多波長線形腔喇曼光纖激光器的輸出特性變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)對任意波長的輸出光柵進行調節(jié)，不但會影響該波長輸出功率，還會通過競爭效應改變其他Stokes光的

4、輸出功率。 3． 脈沖在光纖中產生超連續(xù)譜的理論研究 以對稱分步傅立葉方法來求解非線性薛定諤方程為基礎，研究了脈沖在光纖中產生超連續(xù)譜的機理。在數(shù)值模擬中發(fā)現(xiàn)，調制不穩(wěn)定性是產生超連續(xù)譜的內在機制；色散系數(shù)能夠有效地調節(jié)調制不穩(wěn)定性；自相位調制效應是調制不穩(wěn)定性出現(xiàn)的主要原因；其他的非線性效應能夠增強或是減弱調制不穩(wěn)定性；高的脈沖峰值功率能夠增強非線性效應，拓寬譜形。對脈沖在雙折射光纖中產生超連續(xù)譜進行了數(shù)值模擬，研究

5、了超連續(xù)譜隨波長的偏振態(tài)演變。結果發(fā)現(xiàn)，獲得的偏振態(tài)是混亂的。這說明雙折射光纖兩個偏振方向的耦合作用很強烈。 4． 連續(xù)光在光纖中產生超連續(xù)譜的理論研究 建立了連續(xù)光泵浦產生超連續(xù)譜的理論模型。對連續(xù)光進行準周期處理，并添加相對強度噪聲。結果顯示，該模型能夠較準確地描述譜形，而且是準周期越大越接近實驗結果；相對強度噪聲對譜寬有極大的促進作用。研究了反常色散區(qū)域和正常色散區(qū)域光纖中連續(xù)光產生超連續(xù)譜的演變過程。反常色散區(qū)

6、，調制不穩(wěn)定性對連續(xù)泵浦光產生了調制，使得出現(xiàn)了脈沖序列：脈沖的峰值功率達到了喇曼孤子的閾值后，形成了超短脈沖；頻域上表現(xiàn)為長波方向進行喇曼孤子白頻移(紅移)，短波方向由于高階色散的作用，高階喇曼孤子會裂變成基態(tài)孤子，并且通過四波混頻效應，釋放出色散波(藍移)，最終形成了超連續(xù)譜。正常色散區(qū)域，連續(xù)泵浦光在長波方向激起了滿足喇曼頻移正好處在光纖的零色散點附近的下一級stokes，它在調制不穩(wěn)定性的作用下，分裂成脈沖序列，其過程和反常色散