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光子晶体光纤中正啁啾对色散波及孤子俘获的调控作用

发布时间:2019-09-12 21:41
【摘要】:光子晶体光纤是研究超连续谱的优良介质,它的出现为为非线性光纤光学等领域的研究注入了新的活力。与传统的光纤相比,它有一些非常特殊的性质,如无截止单模特性、可控的色散特性、高非线性特性等,这些特性给我们的研究带来了非常大的方便。在光子晶体光纤中,超连续谱的产生是一个非常复杂的非线性过程,光纤的结构、色散效应、自相位调制(SPM)、自陡峭效应(SS)、交叉相位调制(XPM)等很多因素都会影响超连续谱的生成。将飞秒脉冲泵浦在光纤的反常色散区,在介质的非线性效应和高阶色散的微扰作用下,反常色散区的高阶孤子将会分裂为基阶孤子,并且在满足相位匹配条件下,在孤子分裂过程中的正常色散区会辐射出色散波。基于广义非线性薛定谔方程,本文数值研究了双零色散波长光子晶体光纤中正啁啾对色散波的产生以及孤子俘获色散波的影响过程,同时分析了正啁啾对孤子稳定性的影响,取得主要成果如下:第一:从麦克斯韦方程出发,推导出光脉冲在光纤中传输所遵循的非线性薛定谔方程,并用分步傅里叶算法求解了广义的非线性薛定谔方程,且对计算精度进行了分析。接着采用模拟交叉相关频率分辨光学开关(X-FROG)技术,用来研究脉冲的时频特性,以及分析孤子与色散波传输特性,并得到了孤子俘获色散波的演化过程。第二:分析了在光子晶体光纤中色散以及主要非线性效应对光脉冲传输的影响。群速度会使输入脉冲发生展宽,展宽的速度与色散长度有关,并且脉冲的展宽速度仅仅和二阶色散的绝对值相关,与其正负无关。自相位调制导致输出频谱中出现了新的频率成分,从而使光谱的输出频谱展宽。脉冲内喇曼散射致使能量不断地从蓝移分量转移到红移分量,随着传输距离的增加,这种能量转移就表现为孤子频谱的红移。自陡峭效应使输出波形的峰值向脉冲后沿移动,致使脉冲变得不对称。第三:数值模拟了在光纤反常色散区理想状态下高阶孤子的传输以及在高阶色散和高阶非线性作用下高阶孤子的分裂以及色散波的产生,数值研究结果表明:在不考虑微扰的情况下,高阶孤子将会呈周期性的演化;但是,当考虑到光脉冲在光纤中传输受到微扰时,高阶孤子会分裂成基阶孤子,并且向外辐射出能量。接着研究了啁啾对色散波能量分布、孤子稳定性的影响。结果表明:正啁啾能显著的提升色散波的产生效率,产生的色散波强度与啁啾值成正比;并且能够影响孤子的稳定性。因此,选择合适的啁啾值,利用正啁啾对色散波及俘获波的调控作用可以用来提高超连续谱蓝端的能量分布。
【图文】:

示意图,引导型,结构分类,光子晶体光纤


图1.1邋PCF的结构分类及导光示意图逡逑)折射率引导型光子晶体光纤逡逑射率引导型PCF由纯石英纤芯和具有周期性空气孔结构的包层组域的折射率由空气和玻璃的比率决定,可用有效折射率neff来代表。

示意图,实验装置,步长,分步傅里叶


上述方法我们称之为对称分步傅里叶法,该方法有效的提高了傅里叶方法的逡逑运算精度,其误差主要产生于传输步长//的三次项。若A足够小,则误差将会大逡逑大的缩小。傅里叶算法原理如图2.1,将光纤分成若干个很小的片段,每个小段长逡逑为为,当光脉冲在光纤中传输时,每一个小段的前半段h/2处,只考虑色散,后逡逑半段就只和非线性相关,对应的每一个小段A都如此考虑,循环往复计算,最终逡逑得到脉冲的输出信号。逡逑u^=0,t)^[)邋)邋)邋)邋)邋rrrt-邋?邋Crrri^u(Vr,逡逑i邋1卜邋L逡逑\<rh/2>\邋jj\逦|<^/2>|逡逑l ̄y ̄j逡逑Y逦只考虑非线性逦Y逡逑只考虑色散逦只考虑色散逡逑图2.1对称分步傅里叶方法示意图逡逑2.3.2算法精度分析逡逑分步傅里叶算法应用广泛,在数值模拟中,一般通过调节传输步长和脉冲的逡逑取样点数来确保其运算精度。逡逑(1)传输步长的选择逡逑在分步傅里叶算法中,步长的选择是一个很重要的问题。为了较高的计算精逡逑度,我们要尽可能的采取较小的传输步长。但是,若步长太小,就会影响计算效逡逑率,,而步长太大,将会导致失真结果的出现。所以,最佳步长的选择,既要顾及逡逑计算效率
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN253;O734

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本文编号:2535357


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