刘博文[1]2009年在《全光子晶体光纤飞秒激光放大系统的研究》文中认为本论文详细阐述了光子晶体光纤的传输特性,并对其可控色散特性、非线性特性、带隙特性进行了理论和实验的研究。基于掺Yb3+单偏振双包层光子晶体光纤搭建了全光子晶体光纤飞秒激光放大系统,系统研究了多个参数对输出的影响,得到高重复频率,高平均功率的飞秒脉冲输出。论文的工作包括以下主要内容:第一,利用有限元方法设计了具有特殊色散特性的孔助实芯光子晶体光纤。通过控制纤芯空气孔的大小得到了具有两个零色散点的色散曲线,并优化了该光纤的二阶和叁阶色散,使其满足光纤展宽器的色散匹配要求。同时基于白光干涉法搭建了色散测量系统,测量了多种光子晶体光纤的色散曲线。第二,在非线性实验中,由于孔助实芯光子晶体光纤具有两个零色散波长,实现了自频移孤子的稳定输出,消除了仅有一个零色散点光纤中孤子频移对入射脉冲能量的敏感性。第叁,利用空气纤芯光子带隙光纤的低非线性和反常色散特性对光子晶体光纤飞秒激光器输出的脉冲进行了压缩。利用全固带隙光纤和布拉格型光纤的弯曲损耗特性制作了带通滤波器,其滤波窗口的中心波长和宽度皆可调谐。第四,数值模拟研究了Yb3+光纤的增益特性,结合实验分析了放大级参数对输出脉冲能量的影响。利用分步傅立叶方法研究了放大过程中的自相位调制效应的影响,进一步数值模拟了非线性脉冲放大和压缩的过程,分析了叁阶色散和非线性啁啾之间的相互补偿。第五,实验搭建了全光子晶体光纤飞秒激光放大系统,系统中的增益光纤全部采用掺Yb3+单偏振双包层光子晶体光纤,利用非线性放大,得到比种子光更窄的脉冲输出。实验中详细分析了振荡级的锁模状态、振荡级输出脉冲光谱调制、放大级泵浦功率、放大级增益光纤长度等参数对系统输出的影响,得到了39 fs的最短脉冲输出和平均功率为23 W,重复频率为50 MHz,对应单脉冲能量460 nJ,脉冲宽度为109 fs的稳定高质量脉冲输出。并以此输出为光源对光子晶体光纤飞秒激光器在高功率非线性、高功率紫外倍频、高速飞秒激光加工等领域的应用进行了探索。
黄平[2]2008年在《线性啁啾光纤光栅及其色散补偿的理论研究》文中指出光纤光栅是光通信领域发展迅速的一种器件,其应用非常广泛。实用化的光纤光栅及由其构成的各类光器件是光通信传输系统必不可少的光器件,光纤色散是光通信向高速率,长距离方向发展的主要障碍,色散补偿己成为人们研究的热点。线性啁啾光纤光栅由于其插入损耗低、体积小、价格低廉、色散补偿量大等多方面的优点,而成为色散补偿中最有效,最有前途的方法。论文首先利用耦合模理论对光纤光栅的光学特性进行了详细的分析,进而详细地介绍了求解非均匀光纤光栅的常用方法----传输矩阵法。循序渐进的引入均匀光纤光栅、均匀线性啁啾光纤光栅、变迹线性啁啾光纤光栅的概念,并对叁种光栅的光学特性进行了详细的对比。对自己构建的变迹函数变迹线性啁啾光纤光栅进行了充分的讨论。对于啁啾度和长度一定的光栅系统,根据最佳变迹应满足的条件,确定了自构最佳变迹函数的形式,并对该函数变迹下的线性啁啾光纤光栅的光谱特性进行了模拟仿真,归纳出当光栅参数变化时对光栅光学特性的一些影响,这对设计光栅补偿元件是具有一定实际意义的。仿真结果同时显示:自构变迹函数变迹下的线性啁啾光纤光栅其反射谱具有较大的带宽,对时延特性曲线及色散曲线的振荡具有良好的抑制作用,且时延曲线保持着足够量的时间延迟。仿真结果表明,自构建的变迹函数的光学特性是良好的。对光纤光栅用于色散补偿理论作了较为详细的介绍。并在选取相同参数情况下(在该参数下已实现在标准单模光纤中超过100km,10Gb/s的色散补偿信号的传输),分别用高斯型和自构变迹函数下的线性啁啾光纤光栅补偿100km标准单模光纤产生的色散,仿真结果显示:自构函数变迹下的线性啁啾光纤光栅补偿展宽脉冲效果更优。最后对全文进行了总结。
赵德双[3]2005年在《高性能锁模光纤激光器研究》文中提出超短光脉冲的产生不仅是实现OTDM/WDM的关键技术之一,同时也是非线性光学、超快光学等研究方向的前沿课题。光纤激光器以掺稀土元素光纤作为增益介质,与半导体激光器相比,具有增益特性好、转换效率高、阈值低、输出光束质量好、与现有通信系统相兼容等特点;与传统固体激光器相比,其具有体积小、重量轻、结构紧凑、可靠性高等优点,是目前超短脉冲激光技术领域中的热点研究课题。本论文主要围绕掺Er~(3+)锁模光纤激光器,结合实验室现有条件进行了如下工作: (1)研究了光纤激光器锁模物理机制,对比分析了各种锁模技术优缺点,根据锁模光纤激器腔体结构,归纳总结了6种传输结构分析模型,并针对各种传输模型讨论了其相应的锁模脉冲传输方程。 (2)提出了一种新型的分步有限差分(SSFD)算法来求解非线性锁模脉冲传输方程。结果表明,该算法可以有效地提高脉冲传输方程的计算速度和精度,特别是在分析强非线性问题时,相比分步傅利叶变换(SSFT)和传统有限差分(FD)算法有极大的改进。 (3)从时域锁模方程出发,分析了利用非线性偏振旋转(NPE)效应实现锁模的物理机制,详细讨论了腔体损耗、色散、自相位调制、NPE可饱和吸收体对锁模光纤激光器的影响;根据路径平均非线性薛定谔方程,对NPE被动锁模光纤激光器自起振特性、稳定性进行理论分析,研究了各种腔体参数对被动锁模自起振特性的影响,得到了自起振锁模的实现条件;采用掺Er~(3+)光纤作为增益介质,利用NPE锁模机制,研制出了具有自起振、低阈值全光纤锁模激光光源,获得了重复速率为14.6MHz,平均输出功率为0.36mW,谱线宽度为10nm,变换极限宽度为258fs的稳定锁模光脉冲。 (4)详细地研究了NPE被动锁模掺Er~(3+)光纤激光器频谱边带的产生机理,推导了频谱边带位置计算公式,数值分析了各种增益光纤长度、腔体总长度、色
李杨[4]2018年在《用于高功率飞秒光脉冲传输的单基模空心Bragg光纤》文中研究说明单基模空心Bragg光纤是一种新型的光子带隙导光光纤,具有独特的一维光子晶体包层结构。不同于传统光纤,单基模空心Bragg光纤具有单基模传输、低损耗、大带宽和色散可控的特性。在光通信,光纤传感以及飞秒脉冲传输领域中有着很大的应用潜力。本文针对高功率飞秒光脉冲很难在传统光纤中传输的情况,设计了一款用于高功率飞秒光脉冲传输的单基模空心Bragg光纤。首先基于传输矩阵法深入研究单基模空心Bragg光纤包层的带隙特性选择了制作光纤的材料,接着利用仿真软件FDTD Solutions分析了光纤各结构参数对传输模式的影响,并对传输特性进行了分析。经全带宽扫描可知,该款单基模空心Bragg光纤通过波导结构参量的合理设计,使得传输的带宽达100nm,传输损耗可低于2.3dB/Km,完全满足了 100fs光脉冲的传输要求。随后,通过在光纤包层中引入缺陷层的方法对单基模空心Bragg光纤的色散进行了优化,分析总结了基于包层缺陷层单基模空心Bragg光纤的色散调节技术,有效调控了该款光纤的色散,使单基模空心Bragg光纤在工作波长1.55μm处出现负色散,甚至是零色散。主要内容如下:1.基于传输矩阵法深入研究单基模空心Bragg光纤包层的带隙特性,在此基础上讨论了高低折射率层的厚度,不同折射率比和不同周期数对单基模空心Bragg光纤包层带隙特性的影响,总结归纳了单基模空心Bragg光纤的设计指标。2.利用光学软件FDTD Solutions分析单基模空心Bragg光纤的纤芯半径、高低折射率层的折射率比和周期数对单基模传输的影响,并对基模的传输特性进行了深入分析,讨论了基模的带宽、色散和损耗特性。在上述工作的基础上,设计了一款用于高功率飞秒光脉冲传输的单基模空心Bragg光纤,但是此款单基模空心Bragg光纤在1.55μm处具有很大的正色散。3.针对单基模空心Bragg光纤具有很大的正色散以至于无法长距离传输光脉冲的问题,深入研究包层缺陷模与基模相互交迭的物理机理,探讨归纳了基于包层缺陷层单基模空心Bragg光纤的色散调节技术。基于上述色散调节技术,获得了中心工作波长在1.55μm处,大带宽、低损耗、负色散甚至零色散的空心单基模Bragg光纤。
张新洁[5]2010年在《飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输特性研究》文中认为与传统光纤相比,光子晶体光纤(photonic crystal fiber, PCF)灵活设计的结构和特殊的导光机制,使其具有许多引人注目的特性,如无截止单模特性、可控的色散特性、极强的非线性效应及高双折射特性等。因此,PCF在非线性光学、光纤通信和光纤传感等领域都有着广泛的应用前景,是目前国内外的研究热点之一。本论文的工作集中在飞秒光脉冲在PCF中的非线性传输特性方面,研究了利用PCF实现飞秒脉冲的光谱压缩以及超连续谱的产生,主要内容如下：1.介绍了PCF的概念、导光原理以及制作方法,阐述了PCF的优良光学特性,并讨论了PCF光学非线性的应用领域。2.根据麦克斯韦方程组推导了超短光脉冲在PCF中传输的广义非线性薛定谔方程,并分析了数值求解该方程的预测校正的对称分布傅立叶算法。基于该算法,运用Matlab语言编写了模拟光脉冲在PCF中传输的相关程序。另外,对超短光脉冲在PCF中传输过程中所涉及到的几种非线性效应进行了简单的分析。3.基于广义非线性薛定谔方程,利用预测校正傅立叶方法数值模拟了波长为1550 nm的无初始啁啾飞秒光脉冲在PCF反常色散区中的非线性传输特性,提出了一种飞秒光脉冲谱宽压缩的新方法,数值分析了初始超短光脉冲的峰值功率、中心波长以及光纤长度等参数对谱宽压缩的影响,并讨论了产生谱宽压缩的机制。4.利用广义非线性薛定谔方程,数值模拟了飞秒光脉冲在高非线性PCF中超连续谱的产生,系统地讨论了脉冲初始参数,具体包括中心波长、峰值功率、和初始啁啾,以及光纤长度对超连续谱形状和带宽的影响。5.采用矢量耦合非线性薛定谔方程,数值模拟了中心波长为1550 nm的超短光脉冲在双折射PCF中超连续谱的产生及其偏振特性,讨论了超短光脉冲在叁种不同色散特性的双折射PCF中传输时,高阶色散和非线性效应对脉冲的波形、光谱展宽以及光谱偏振特性的影响。
廖同庆[6]2009年在《基于副载波技术的高速数字光纤通信的研究》文中研究指明光脉冲在光纤中传输特性的研究,具有重要的理论意义和广阔的应用前景。研究并理解决定光脉冲在单模光纤中传输的物理本质是设计光纤、设计与建设光纤通信网的最本质要素之一。在理解决定光脉冲在单模光纤中传输的物理本质的基础上,深入研究基于多波长副载波复用(SCM/WDM)技术的光纤通信系统。SCM/WDM光纤通信系统的最大优势是相应的射频技术比光技术成熟的多。射频振荡器的稳定性和射频领域中滤波器的选频性比相应的光学器件所对应的特性要好的多。射频振荡器的相位噪声低,使得相干检测在射频中比在光频中容易实现的多。为了有效抑制SCM/WDM光纤通信系统中的群速度色散和非线性效应,利用SCM/WDM光纤通信系统中基带信号经过两次调制的特点,提出了一种在SCM/WDM系统中容易实现且行之有效的抑制载波的光学单边带调制技术。单边带调制技术可以有效地减小群速度色散对信号的劣化、增加系统的光谱利用率。抑制载波则可以减小调制器的外加电场、增大调制深度,同时可以消除因调制器电压的升高而激发的一系列有害的非线性效应,减小光纤中的各种非线性效应。搭建了10Gbit/s SCM/WDM光纤通信系统的实验平台,并对系统的性能进行了测试和评估。主要内容包括:1.从经典电磁理论出发,深入研究单模光纤中群速度色散形成的机理与特性。论述了单信道光纤通信系统中比特率B、传输距离L、群速度色散之间的关系。从麦克斯韦方程组出发,引入非线性本构关系,得到了光脉冲在GVD、SPM和损耗影响下的演化方程——非线性薛定谔方程。利用非线性薛定谔方程详细讨论了光信号在非线性色散介质中的传输特性。2.使用时频域联合分析法描述光脉冲在光纤中的非线性传输特性。分析结果表明,时频域联合分析法能够较为全面地描述光脉冲的信息,进而较为全面地描述光纤通信系统的性能。3.详细讨论了SCM/WDM光纤通信系统的性能。在SCM/WDM光纤通信系统中由于各相邻射频信号的信道间隔非常窄,因而光纤的非线性效应对系统的影响较为严重,必须重点加以讨论。4.利用SCM/WDM光纤通信系统中基带信号经过两次调制的特点,提出了一种容易实现且行之有效的抑制载波的光学单边带调制技术。单边带调制技术有效地减小了群速度色散对信号的劣化、增加了系统的光谱利用率。抑制载波技术增大了调制深度,同时消除了因调制器电压的升高而激发的一系列有害的非线性效应,减小了光纤中的各种非线性效应。5.综合考虑GVD、PMD、XPM、FWM等效应对系统的影响,设置并优化了10Gbit/s SCM/WDM光纤通信系统的基本参数。依照设置的基本参数搭建了相应的实验平台并对系统的性能进行了测试和评估,测试结果与理论分析一致。6.初步研究了40Gbit/s SCM/WDM光纤通信系统。综合考虑GVD、PMD、XPM、FWM等效应对系统的影响,设计了40Gbit/s SCM/WDM光纤通信系统的基本参数。
王志斌[7]2007年在《光孤子在光纤中传输的特性研究》文中指出光纤技术的应用主要集中在两个方面,一方面是光电检测与光纤传感,另一方面主要应用在光纤通信中。随着对大容量、高速率通信要求的不断提高,光孤子通信逐渐成为各国科学家研究的热点。光孤子是一种光脉冲序列,它在光纤中长距离传输时能保持形状不变,这种特性是实现光孤子通信的基础。光孤子脉冲之所以能在光纤中稳定传输是利用群速度色散和自相位调制效应平衡的结果,然而实际的光纤通信系统并非如此理想,影响光孤子传输特性和传输容量的主要因素从总体上主要表现在两个方面:一是光纤介质引起的,如损耗、群速色散、偏振模色散等;二是非线性相互作用,如自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、四波混频(FWM)等。因此研究光孤子在光纤中的传输特性,对于设定光孤子通信系统,使光孤子通信实用化具有重要意义。论文在研究光孤子在光纤中的传输特性和光孤子实验系统方面做了以下几个方面的工作:首先在麦克斯韦电磁场理论基础上推导了光纤孤子传输的非线性薛定谔方程(NLSE),并对其进行了修正,得到了高阶修正的NLSE,结合偏振模色散(PMD)基本理论及其表示方法,得到描述光脉冲在双折射光纤中传输的NLSE。对ps光孤子在光纤中的传输特性做了研究并进行了数值模拟,对高阶孤子相互作用研究发现孤子脉冲的衰变现象,得到脉冲对在光纤中传输时衰变规律。对于高阶孤子来讲,高阶色散的增大会使孤子分裂更为严重,并且相互吸引的两列分裂波会迅速迭加在一起,给通信带来不利影响。利用修正的高阶广义非线性薛定谔方程,得到增加二阶色散系数,叁阶飞秒孤子的裂化也会得到控制,在频域内表现为频谱中移变窄。还分析了自陡峭效应和自频移效应对二阶孤子传输的影响,指出在一定的参数取值范围内,自频移效应对二阶孤子传输的影响要比自陡峭效应大,占主导地位,且对自陡峭效应有一定的抑制作用。研究了同步调制技术对经典孤子系统的PMD的补偿作用,使脉冲的最大传输距离成倍的增长,有效的提高了脉冲的传输质量;滑频滤波器对该系统中PMD的抑制作用很小,但对色散管理孤子(DMS)系统的PMD抑制作用显着。研究了滤波控制DMS在双折射光纤中的传输特性,采用变分法解出滤波控制DMS的传输规律,解析结果表明,PMD的滤波控制极大地优化了DMS传输性能。对增益开关半导体激光器(DFB-LD)做了实验研究,采用光纤光栅滤波器消除脉冲初始啁啾,得到变换限制脉冲。设定了实验系统,实现了ps孤子34km无畸变传输。
李爱萍[8]2007年在《光子晶体光纤非线性光学特性的理论和实验研究》文中提出光子晶体光纤(photonic crystal fiber，简称PCF)是一种沿光纤端面存在周期性介电结构排列的特殊光纤。与普通光纤相比，它表现出许多优异的特性，如无限单模传输、色散和模场面积高度可控、高双折射、高非线性等等。这些特性使PCF在脉冲压缩、短波孤子传输、超宽连续谱发生以及非线性光学等方面具有广泛的应用前景。本论文着重进行了光子晶体光纤非线性光学特性的理论和实验研究，主要内容如下：1．介绍了光子晶体光纤的概念，分析了其性能特点和应用领域。2．理论研究了激光脉冲在熔石英光纤中传输的物理过程，给出了能够改变激光脉冲强度的线性和非线性因素；从麦克斯韦方程出发，推导了光子晶体光纤中皮秒和飞秒光脉冲传输的非线性薛定谔方程(NLSE)；着重探讨了多个光波在光子晶体光纤中相互作用所引起的非线性效应——四波混频。3．研究了求解NLSE的主要方法，用分步傅立叶法求解NLSE，数值模拟了超短脉冲在光子晶体光纤不同色散区的传输过程，探讨了不同初始功率、中心波长的脉冲在PCF中产生的超连续谱(SC)特性和非线性机理。4．用光子晶体光纤进行超连续谱的实验研究，观察到了红光、黄光、绿光等新的频谱成分，并探讨了超连续谱产生的条件和机理，分析得出其机理可能是自相位调制、交叉相位调制、受激拉曼散射，四波混频和群速度色散共同作用的结果。
赵国庆[9]2016年在《微波光子中叁角形光脉冲发生与应用的研究》文中认为随着现代光通信的迅猛发展,微波光子学融合了微波技术和光子学技术的特点,在通信、军事国防、远程宽带领域有着广泛的应用。现代全光通信网络的快速发展,使得特殊波形光脉冲的研究成为热点。基于微波光子学的叁角形光脉冲发生器及其应用的研究具有重要意义。本文结合国家自然科学基金项目对叁角形光脉冲的发生方法优化及其实际应用,进行了理论研究和仿真实现。研究的主要工作如下：(1)介绍了利用电光调制原理以及非线性作用脉冲整形原理生成叁角形光脉冲的方法,重点分析了利用光纤色散衰减效应整形和MZM的光载波抑制调制生成叁角形光脉冲的理论推导和实现方案。根据经过色散效应整形后的输出光谱表达式中各谐波比值和调制系数的关系,可以得出,调制器调制指数m=2.305时的输出光谱表达式能够有效逼近理想叁角形光脉冲的傅里叶级数展开式,因此可以得到较为理想的叁角形光脉冲波形,并且通过软件仿真验证了这种利用马赫增德尔调制器(MZM)的载波抑制调制与色散光纤色散效应生成叁角形光脉冲的方法的可行性。(2)设计了一种基于双平行MZM和光纤光栅生成四倍频叁角形光脉冲的方案,并对其进行理论分析。该方案采用双平行MZM进行载波抑制调制,采用啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)提供色散整形,通过合理设置调制器的偏置电压以及选取光纤光栅的各项参数,获得了四倍于本振射频信号频率的叁角形光脉冲。该方案中采用光纤光栅代替普通色散光纤,具有较好的波长选择性、较低的插入损耗、集成性高等优点。综合考虑光纤光栅的长度、调制深度、切趾函数等因素对叁角形光脉冲的影响,仿真生成了较为理想的叁角形光脉冲。(3)设计了一种利用高非线性光纤(HNLF)的自相位调制效应(SPM)实现特殊光脉冲波长转换的方案。实现了高斯脉冲和叁角形光脉冲的波长转换,并对在自相位调制效应下,高斯脉冲和叁角形光脉冲的输入功率对中心波长频移大小的影响分别进行了分析,得出了不同输入功率下,两种光脉冲在非线性光纤中频移大小的光谱图。最后比较分析了高斯脉冲和叁角形光脉冲的波长转换性能、频移距离、转换效率等特性,表明了叁角形光脉冲在波长转换应用方面的优越性。
田晋平[10]2006年在《新型光孤子及其光脉冲在光纤通信系统中的传输控制特性研究》文中进行了进一步梳理本文从解析的角度出发,利用求解高阶偏微分方程的几种不同方法,例如齐次平衡法、拟解法以及达布变换法,同时借助于各种微扰理论例如矩法、变分法和数值方法例如分步傅里叶方法、伦格—库塔积分法,深入系统地研究了皮秒、亚皮秒以及飞秒光脉冲在均匀与非均匀光纤及其放大介质中的无畸变传输特性,获得了各种情况下的经典的和新型的精确稳态孤波解。在此基础上,进一步考察光孤波脉冲的稳定性及其相互作用,为将来的大容量和超大容量光信息传输的实验和应用提供了比较全面的理论依据。我们的工作主要分为两大部分,首先就描述超短光脉冲在光纤系统中传输的高阶非线性薛定谔方程以及描述超短光脉冲在波分复用光通信系统中传输的耦合高阶非线性薛定谔方程展开理论研究,通过解析方法寻求其新型的组合孤波解,并利用数值方法进一步研究其稳定性。其次,对光脉冲在非均匀光纤中稳定传输特性进行了理论研究,获得了不同情况下的精确稳态孤波解,在此基础上,数值考察了皮秒和飞秒光脉冲在非均匀光纤中的稳定性及相互作用。 本文的主要创新点亦即具体内容分为如下几个系统连续的研究进程: 1) 通过行波变换法和齐次平衡法,在该领域首次获得了一般参数条件下描述超短光脉冲在光纤系统中传输的高阶非线性薛定谔方程的两种新型组合孤波解。同时通过数值模拟,我们发现在一定的参数条件下,这两种新型的组合孤波有很好的稳定性。然后进一步,也是首次获得了描述超短光脉冲在波分复用光通信系统中传输的耦合高阶非线性薛定谔方程的一组稳定的组合孤波解,这一结果对将来的超大容量光通信有一定的指导意义和参考价值。 2) 利用增益色散和非线性色散关系,首次从解析的角度完整地推
参考文献：
[1]. 全光子晶体光纤飞秒激光放大系统的研究[D]. 刘博文. 天津大学. 2009
[2]. 线性啁啾光纤光栅及其色散补偿的理论研究[D]. 黄平. 广西师范大学. 2008
[3]. 高性能锁模光纤激光器研究[D]. 赵德双. 电子科技大学. 2005
[4]. 用于高功率飞秒光脉冲传输的单基模空心Bragg光纤[D]. 李杨. 安徽大学. 2018
[5]. 飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输特性研究[D]. 张新洁. 电子科技大学. 2010
[6]. 基于副载波技术的高速数字光纤通信的研究[D]. 廖同庆. 南开大学. 2009
[7]. 光孤子在光纤中传输的特性研究[D]. 王志斌. 燕山大学. 2007
[8]. 光子晶体光纤非线性光学特性的理论和实验研究[D]. 李爱萍. 郑州大学. 2007
[9]. 微波光子中叁角形光脉冲发生与应用的研究[D]. 赵国庆. 北京交通大学. 2016
[10]. 新型光孤子及其光脉冲在光纤通信系统中的传输控制特性研究[D]. 田晋平. 山西大学. 2006
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