基于啁啾补偿技术的自相似脉冲压缩光纤设计

为了获得高功率优质的超短脉冲光源,利用色散渐增光纤产生的强线性啁啾对自相似脉冲进行了啁啾补偿光纤设计。首先利用色散补偿光纤得到了半峰全宽为52.6fs、峰值功率为684.5W的超短脉冲输出。在此基础上研究了色散渐增的补偿光纤设计,讨论了色散线性渐增光纤和色散指数渐增光纤对自相似脉冲的压缩影响。当色散渐增系数取1km-1,5km-1,10km-1时,通过数值仿真得出了最短的输出脉宽、峰值功率以及所需的补偿光纤长度。结果表明,色散渐增光纤能缩短补偿光纤的长度,减小脉冲压缩时产生的损耗,得到半峰全宽为61.8fs和64.4fs的高功率超短脉冲输出。这一结果对自相似脉冲压缩光纤的设计是有帮助的。     

色散渐减光纤中产生优质自相似脉冲的研究

从非线性薛定萼谔(NLS)方程出发,介绍了色散渐减光纤中抛物线脉冲的自相似传输原理以及输出的自相似脉冲的特性.研究不同的g0(色散增益系数)、不同时域包络的初始输入脉冲、不同的初始脉宽对自相似脉冲产生的影响,利用数值模拟结果对色散渐减光纤中影响自相似脉冲形成的参量进行分析,为在色散渐减光纤中产生高质量自相似脉冲的优化设计提供理论依据,发现输入具有较大g0和T0的双曲正割脉冲可以在较短的光纤长度上就获得高功率、强线性啁啾和宽频谱的抛物线型自相似脉冲,同时对自相似脉冲进行补偿时,所需的补偿光纤长度明显缩小,且可得到80fs量级的高质量压缩脉冲.     

补偿光纤的参数对自相似脉冲压缩效应的影响

从非线性薛定谔（NLS）方程出发,用数值方法研究了在自相似脉冲压缩技术中反常色散补偿光纤的群速度色散参量(GVD参量)和非线性参量对脉冲压缩效应的影响。结果表明,补偿光纤的GVD参量对压缩因子和脉冲峰值功率的影响是周期性的,随着GVD参量数值的增大,脉冲能量按集中-分散-集中的规律周期性变化,且变化周期逐渐增大,一周期内的能量转移加剧;每次能量集中时,脉宽接近压缩极限。最佳光纤长度随着GVD参量数值的增加而下降,但不受非线性参量的影响。另一方面,非线性参量的增大会降低压缩因子,不利于脉冲压缩。通过优化选择补偿光纤参数,能够接近脉宽压缩极限,提高脉冲压缩质量。     

基于Mach-Zehnder干涉仪的自相似激光器压缩系统设计

为了研究自相似脉冲在Mach-Zehnder干涉仪的压缩特性，采用非线性薛定谔方程对自相似脉冲的演化和压缩进行了模拟，分析了基于级联单模光纤的Mach-Zehnder干涉仪的光纤参数对脉冲压缩的影响。结果表明，在不考虑高阶色散的情况下，当上臂的两种单模光纤长度分别为8.16 m和2.16 m、下臂的单模光纤长度为8.16 m时，获得半峰全宽为27.85 fs、峰值功率为1860.59 W、基座能量比例为10.241%的最佳压缩脉冲；考虑高阶色散时，脉冲在单模光纤中传输呈现出峰值功率增大、基座增大的现象，且脉冲右移不利于输出基座较小的压缩脉冲；当3阶色散系数小于0.001 ps³/km时，利用Mach-Zehnder干涉仪来压缩能获得质量较好的飞秒脉冲。该研究结果对于自相似脉冲的压缩研究具有一定的参考价值。     

基于拉曼放大对色散渐减光纤的绝热压缩效果的优化

数值研究了光纤损耗对色散渐减光纤中基孤子脉冲的绝热压缩的影响,并分析了利用分布式的拉曼放大来提高DDF的绝热压缩效果的方案.结果表明:光纤损耗严重破坏了DDF对基孤子绝热压缩的效果;采用分布式的拉曼放大能对DDF的绝热压缩起到很好的优化效果,获得更高的压缩因子和脉冲能量;当拉曼增益系数选取优化值0.27/LD时,脉宽为10 ps的基孤子脉冲压缩后可得到脉宽仅417fs、脉冲能量增至5.9倍、峰值功率增至136.3倍、基座能量比仅为2.8%的输出脉冲.     

掺镱光纤放大器中脉冲自相似演化特性分析

为了研究自相似演化对于高功率超短脉冲系统产生的影响,采用非线性薛定谔方程,对掺镱光纤放大器中自相似解进行了理论分析,得到初始脉冲、脉冲宽度、增益系数、增益色散等参量变化时对其自相似演化产生不同的影响.结果表明,初始脉宽不同时,只有其初始色散长度和光纤长度相接近时,才可以实现脉冲自相似的演化;初始输入脉冲不同时均能演化成抛物线形,但是演化的进程不同;大的增益系数可以获得高功率、宽频谱的自相似脉冲;增益色散对自相似放大起滤波作用.研究结果对设计自相似脉冲放大器具有一定的借鉴价值.     

高阶色散对光孤子及孤子对传输的影响分析

为了研究高阶色散对光孤子及孤子对传输的影响,采用分步傅里叶变换方法,对含高阶色散效应与不考虑高阶色散情况下的光孤子非线性薛定谔方程进行了数值求解,得到了孤子脉冲形状与色散阶数有着相关性这一结果.结果表明,奇数阶色散效应会使孤子及孤子对脉冲发生单边振荡,产生能量损耗,并在振荡侧产生次脉冲,而偶数阶色散效应会使孤子及孤子对脉冲发生明显的脉宽展宽,高阶色散效应对孤子脉冲的影响随阶数的增加而减弱.     

利用DCF,DSF和ED-NALM获得无基座超短光脉冲的设计方案

提出了一种利用色散补偿光纤(DCF)、色散位移光纤(DSF)和非线性掺铒光纤放大环镜(EDNALM)对增益开关分布反馈(GSDFB)半导体激光器产生的啁啾光脉冲进行压缩的方案。数值模拟的结果表明,利用此方案可将GSDFB半导体激光器产生的脉冲宽度(半极大全宽度)为30ps的啁啾光脉冲压缩为180fs的无基座超短脉冲。     

皮秒脉冲在级联光纤光栅中的传输特性研究

基于波分复用(WDM)系统中级联光纤光栅色散特性,研究了皮秒脉冲宽度以及光纤光栅长度和耦合系数等参数对脉冲压缩的影响;以高斯脉冲为例,运用等效色散的方法数值模拟了皮秒脉冲经过常规光纤和级联光纤光栅的演化过程.结果表明,选择合适的参数,级联光纤光栅可以对在普通光纤中色散展宽的脉冲进行色散补偿.还发现,进一步增加光栅长度,可使脉冲得到有效压缩.     

偏振模色散对线性系统脉宽的影响

研究了线性系统中偏振模色散对均方根脉宽的影响。考虑了光源初始啁啾的作用 ,推导出均方根脉宽的解析表达式 ,分析表明 :二阶偏振模色散对脉冲展宽的作用与群速度色散及啁啾有关 ,一阶偏振模色散的作用则与这两者无关。以啁啾高斯脉冲为例 ,推导出一阶偏振模色散补偿前、后均方根脉宽的解析表达式 ,结果表明 ,适当选择群速度色散和初始啁啾参数 ,可以有效地抑制偏振模色散的展宽效应 ;与主态传输法比较 ,啁啾的存在对后向补偿方法的影响更大     

正常色散光纤放大器中超短脉冲的自相似演化条件

在正常色散条件下,超短光脉冲在光纤放大器中可以演化成具有线性啁啾的自相似抛物脉冲,其演化结果可影响脉冲的压缩质量.采用分步傅里叶方法数值研究了正常色散光纤放大器中,初始输入脉冲宽度、能量、光纤增益和色散系数对超短脉冲自相似演化结果的影响.发现色散长度是脉冲能否实现自相似演化的关键因素.当色散长度与光纤长度相近(几倍)时,脉冲可以实现自相似演化;两者相差越大,脉冲的自相似演化程度越差.增加初始脉冲能量可以加速脉冲的自相似演化,缩短自相似演化的距离.放大器总增益一定时,增益系数越大,脉冲受非线性扭曲的影响越大,使脉冲的自相似演化结果越差;增益系数为0.95 m-1时放大器可获得的总增益比3.8 m-1时大3.3 dB.     

拉曼辅助色散渐减NOLM的绝热孤子压缩

ASC(绝热孤子压缩)是获取超短脉冲的重要手段之一。提出一种基于拉曼增益辅助色散渐减光纤环镜的ASC方案。利用长度为3.0km的线性DDF(色散渐减光纤)构成NOLM(非线性光纤环镜),并辅以7dB/km的分布拉曼增益,成功将10ps的光脉冲绝热压缩至195.3fs,压缩因子为51.2,基座能量为11.61%。研究结果表明,采用这种压缩方案既可以获得较高的压缩因子,还能有效抑制压缩脉冲的基座。     

Femtosecond soliton generation over a 32-nm wavelength range usinga dispersion-flattened dispersion-decreasing fiber

The compression characteristics at femtosecond durations are compared for dispersion-decreasing fibers (DDF's) constructed out of standard step index fibers and fibers designed to have low third-order dispersion (dispersion-flattened fibers). It is shown that the dispersion slope of a standard fiber causes the compressed pulse spectrum to vary substantially with wavelength. Furthermore, the peak of the compressed pulse spectrum can appear in a different wavelength band than the input pulse. Both of these problems are substantially reduced by using a dispersion-flattened DDF. The compression of 3-3.6-ps pulses to durations less than 180 fs was achieved between 1533-1565 nm at a repetition rate of 10 GHz. The shortest pulses obtained were 98 fs with peak-to-pedestal ratios in excess of 20 dB     

Silicon Photonic Nanowire Soliton-Effect Compressor at 1.5 $mu$m

Soliton-effect compression of femtosecond optical pulses in a silicon photonic nanowire at 1.5 mum is numerically investigated. A region of anomalous group velocity dispersion, small third-order dispersion, and large nonlinearity of silicon is used to show compression of 30-fs input pulses to 1 fs. Large nonlinearity of silicon allows for compression of input pulses with subnanojoule energies.     

基于色散平坦光纤的二阶孤子压缩

将再生锁模光纤激光器(RMLFL)输出的约5.8 ps脉宽的高质量无啁啾双曲正割脉冲,通过掺铒光纤放大器(EDFA)放大后注入4.28 km长的色散平坦光纤(DFF)中,利用二阶孤子压缩效应成功地将脉冲压缩到1.74 ps,压缩比为3.3,与理论计算结果完全一致。与基于色散渐减光纤(DDF)的绝热孤子压缩(ASC)方案相比,该方案在同样的孤子阶数下大大降低了入射功率,而且色散平坦光纤的非色散渐减特性决定了它对于不同波长、不同脉宽的输入都可以通过调整输入脉冲功率和选取合适的光纤长度来配合满足压缩条件。虽然压缩因子不大,但基本能满足需求。     

离散效应对光子晶体光纤中飞秒脉冲压缩影响

为了研究离散效应对光子晶体光纤中飞秒信号脉冲压缩的影响,采用分步傅里叶方法数值求解耦合的非线性薛定谔方程,模拟了双飞秒脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输过程;计算和分析了离散效应和非同步耦合对信号脉冲压缩的影响。结果表明,当抽运脉冲在反常色散区进行抽运,而信号脉冲在正常色散区入射时,在群速度色散、3阶色散,自相位调制及交叉相位调制联合作用下,信号脉冲在传输过程中不仅被压缩且存在最佳光纤长度;离散效应导致信号脉冲压缩因子减小,所需最佳光纤长度增加以及压缩后的脉冲频谱呈现不对称,采用非同步耦合有利于改善信号脉冲的压缩质量。     

10 GHz超低抖动光短脉冲源

报道了一种新型的重复频率为10 GHz,脉宽为5.3 ps,抖动为184 fs的高稳定光短脉冲源.将大信号调制半导体激光器产生的10 GHz光脉冲,先送入LiNbO3电光相位调制器增强负啁啾,并使光谱进一步展宽,再通过色散补偿光纤(DCF)压缩脉冲啁啾,可得到光短脉冲.由于大信号调制激光器输出的光脉冲本身具有负啁啾,而通过相位调制器的光脉冲在不同的时间间隔内既有正啁啾也有负啁啾,通过适当调整进入相位调制器的光脉冲时延,使其通过相位调制器后累加产生更大的负啁啾,再利用正色散光纤压缩啁啾,从而得到低抖动且无基座的光短脉冲.