光纤中自相似脉冲研究进展

概述了光纤中自相似脉冲的最新理论与实验研究结果。对稀土元素掺杂光纤放大器、拉曼光纤放大器、光纤激光器、色散渐减光纤中自相似渐进形脉冲的演化特性作了深入细致的描述。并在此基础上对自相似脉冲在光纤通信中的应用作了介绍。展望了自相似脉冲在光纤中的应用前景,并指出了目前研究中有待解决的问题。     

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.     

非线性渐增光纤中超短脉冲自相似演化的研究

为进一步研究非线性渐增光纤中超短脉冲自相似演化的特性,利用数值仿真的方法分析了入射脉冲能量、脉冲宽度和类增益系数3个因素对输入脉冲自相似演变的影响.结果显示:入射脉冲能量和类增益系数对自相似演变的影响较为显著,在增大入射脉冲能量或类增益系数的情况下均可加速自相似演化的速度,即缩小演化所需的特征距离;而脉冲宽度对自相似演...     

脉冲在非线性渐增光纤中自相似演化的研究

为了研究超短脉冲在非线性渐增光纤中自相似演化的特性,采用理论分析与数值模拟的方法,对脉冲在非线性渐增光纤中的传输演变进行了数值仿真.结果表明,脉冲在非线性渐增光纤中的传输与在具有放大增益的光纤或色散渐增光纤中一致,均能实现脉冲的自相似演化,最终演化为具有良好线性啁啾特性抛物形脉冲,仿真结果验证了脉冲在非线性渐增光纤中的传输方程具有渐进解.由于输出抛物脉冲具有良好的线性啁啾,此研究结果对实现高质量的脉冲压缩是有帮助的.     

脉冲在非线性渐增光纤中自相似演化的研究

为了研究超短脉冲在非线性渐增光纤中自相似演化的特性,采用理论分析与数值模拟的方法,对脉冲在非线性渐增光纤中的传输演变进行了数值仿真。结果表明,脉冲在非线性渐增光纤中的传输与在具有放大增益的光纤或色散渐增光纤中一致,均能实现脉冲的自相似演化,最终演化为具有良好线性啁啾特性抛物形脉冲,仿真结果验证了脉冲在非线性渐增光纤中的传输方程具有渐进解。由于输出抛物脉冲具有良好的线性啁啾,此研究结果对实现高质量的脉冲压缩是有帮助的。     

色散平坦渐减光纤中自相似脉冲演化特性研究

从脉冲在光纤中传输所满足的非线性薛定谔方程出发,采用分布傅里叶方法对脉冲在色散平坦渐减光纤中自相似脉冲演化特性进行了研究。结果表明：双曲正割脉冲在不同初始能量和初始脉冲宽度的情况下,色散平坦渐减光纤可以产生带有线性啁啾的自相似脉冲。进一步研究表明,随着初始啁啾增加,脉冲逐渐展宽且展宽速度逐渐加快,而演化特性的劣化程度随啁啾参量的增加而增大;当初始啁啾为正时自相似脉冲演化特性劣于负啁啾时的特性。     

有限元法模拟掺镱光纤放大器的脉冲放大特性

为了简单、快捷地模拟掺镱双包层光纤放大器的脉冲放大特性,采用有限元软件FEMLAB模拟掺Yb3+双包层光纤放大器的脉冲放大特性。用与快速傅里叶法模拟Yb3+光纤放大器脉冲放大特性相同的参量计算了在915nm前向抽运下,光纤放大器中的上能级粒子数,抽运光和放大自发辐射在光纤中的稳态分布,以及高斯脉冲和方波脉冲的输出、能量及增益特性,得到的与快速傅里叶法模拟的一致的粒子分布图等特征图,而且比快速傅里叶法得到更多和更准确的结果。结果表明,应用FEMLAB只需根据掺Yb3+光纤放大器的方程组,可以方便、快捷地确定参数进行数值模拟,对掺镱光纤放大器的系统设计和参量优化具有很好的参考价值。     

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。     

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.     

梳状色散光纤中自相似脉冲传输的数值研究

从脉冲在光纤中传输所满足的非线性薛定谔方程出发,以双曲渐减的正常色散渐减光纤(ND-DDF)获得线性啁啾自相似脉冲为基础,采用窗口为1550nm的色散光纤构成梳状色散光纤(CDPF),并给出了相应的理论模型,利用该模型,通过数值模拟的方法研究和分析了脉冲在接近于色散渐减光纤的色散变化趋势的梳状色散光纤中演化成自相似脉冲以及其自相似指数变化.结果表明,中心波长为1550nm的双曲正割脉冲在不同初始能量和不同初始脉冲宽度的情况下,梳状色散光纤可以产生抛物线型自相似脉冲且具有很好的线性啁啾特性.     

EDFA中基孤子脉冲的传输及啁啾特性

文章数值分析了负色散掺铒光纤放大器(EDFA)中基孤子脉冲传输及啁啾特性,给出了一种利用EDFA获得线性啁啾的新方法.数值分析结果发现:增益系数μ>1时,基孤子脉冲在EDFA中传输能够获得很好的线性啁啾,并且啁啾的特性受选取的EDFA长度L的影响,L越大时线性啁啾越明显,线性啁啾所占的脉冲区域越窄.最后计算了输出脉冲在啁啾补偿后获得的压缩因子和基座能量比.     

大模场光子晶体光纤中超连续谱的产生与控制

探索利用大模场光子晶体光纤产生大功率、高光束质量的超连续谱。采用分步傅里叶方法求解广义非线性薛定谔方程(GNLSE), 模拟了光脉冲在大模场光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生过程。着重分析了光子晶体光纤长度和抽运脉冲的峰值功率、啁啾等对超连续谱产生的影响, 讨论了大模场光子晶体光纤中光谱的非线性展宽机制。发现可将超连续谱产生过程分为初始展宽、剧烈展宽和饱和展宽三个阶段。合理选择光纤长度, 使产生的超连续谱处于剧烈展宽阶段时输出, 既能够得到较宽的光谱, 又能够保证较高的效率。抽运峰值功率对超连续谱的产生有重要影响, 当输入功率较小时, 脉冲的频谱成对称展宽, 仅有自相位调制(SPM)效应起作用, 其他高阶效应的影响都很弱。随着脉冲功率的增加, 频谱短波方向变化较小, 光谱向长波方向展宽。同时, 脉冲时域出现振荡调制, 振荡的起因与光波分裂现象有关。抽运光初始啁啾对超连续谱的产生也有重要影响。当啁啾为正时, 啁啾量的大小对产生超连续谱的影响较小, 蓝移方向基本没有影响, 而红移部分能量随着啁啾量的增大向长波方向转移, 超连续谱总的宽度变化较小; 当啁啾为负且满足一定条件时, 其中的非线性作用得到增强, 有利于光谱展宽。     

单脉冲锁模光纤激光器输出特性的数值研究

为了研究不同腔内净色散下单脉冲被动锁模光纤激光器的输出特性,采用以非线性薛定谔方程为数学模型和分步傅里叶的方法,对激光脉冲在腔内的演化进行了理论分析。获得了在保持单脉冲稳定输出时激光器一些参量与腔内净色散的变化关系,并针对净色散为正的情况,对输出脉冲进行了腔外解啁啾压缩,压缩比达到10倍以上,分析了压缩所需的负色散值以及压缩后脉宽的情况。结果表明,小信号增益系数最大值与净腔色散大体上成正比关系,且当小信号增益系数达到最大值时,输出脉冲的脉宽以及相应的时间带宽积呈现逐渐增加的趋势,3dB带宽则呈现出先增加后减少的趋势。该研究结果为优化被动锁模光纤激光器提供了参考。     

超辐射掺铒光纤脉冲放大器的时间特性分析

为了分析掺铒光纤脉冲超辐射放大器的输出特性,通过对时变激光速率方程求解的方法,进行了理论分析和数值验证,获得了系统对不同调制频率的响应和输出特性.结果表明,在一定频率范围内,将产生高峰值超辐射脉冲序列.用0.1W抽运1m铒光纤放大,种子具有纳秒级调制周期且占空比为1/2时,输出脉冲峰值渐减,约200ns后渐趋稳定.通过调节种子信号的光谱特性、调制特性并选择合适的光纤参数,可以控制放大脉冲性质.这一结果为利用超辐射光纤光源产生高功率、光谱性质可调的脉冲提供了有效途径,在1.5μm大气窗口及远程应用中具有实际价值.