硫系光纤中非线性效应的研究

发布时间：2017-07-03 20:06

  本文关键词：硫系光纤中非线性效应的研究

  更多相关文章： 硫系光子晶体光纤 非线性 中红外超连续谱 四波混频 波长转换

【摘要】：非线性光纤光学在全光信号处理领域快速发展,比如光信号的再生、波长的转换、信号的复用和解复用等。光纤中的超连续谱的产生可以用于非线性光谱学、光纤传感、光频率计量学,还可以作为多信道通信光源。然而,由于传统光纤通信窗口的局限性,限制了其在中红外区域诸如军事、医学和生物学等方面的进一步应用,在这种背景下,需要寻找中红外区域超宽透明性和高非线性的可替代材料。本文研究了硫系光子晶体光纤的色散和非线性效应,并给出了最优的光纤结构参数,获得了中红外区域谱宽最大的超连续谱输出;对比分析了硫系光纤和石英光纤基于四波混频的波长变换效率。硫系玻璃的传输窗口可以从可见光区域一直延伸到14μm附近的中红外区域,其非线性折射率可以达到普通石英光纤的1000倍,甚至更大;并且具有飞秒量级快速响应时间,远远高于半导体激光器和饱和吸收体。此外,硫系光子晶体光纤还具有“无截止”单模特性和灵活可调的色散特性。为了获得中红外区域谱宽最大的超连续谱输出,论文详细分析了2 3As Se光子晶体光纤的结构参数对光纤中非线性效应和色散特性的影响。通过优化光纤结构参量,获得了零色散波长位于2.5μm的色散曲线;扩展了由四波混频效应产生的斯托克斯波在长波方向上的波长;分析了在保持高非线性特性和低损耗的前提下,使光纤工作在“无截止”单模状态的条件。综合考虑,确定了超连续谱输出谱宽最大时的光纤结构参数。通过数值仿真,验证了上述结论,并结合超连续谱时域和频域演化图,阐述了硫系光纤中超连续谱的形成过程。分析比较了常用通信波长附近硫系光纤与普通石英光纤中基于四波混频的波长转换效率,指出信号波长在光纤零色散波长的长波方向上,波长转换可调谐带宽最大。在相同条件下,硫系光纤中波长转换效率高于石英光纤;给出了硫系光纤和普通光纤中能量流动对比图;最后演示了重复频率为1GHz和20GHz脉冲信号的四波混频效应动态变化过程。
【关键词】：硫系光子晶体光纤 非线性 中红外超连续谱 四波混频 波长转换
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 论文研究背景10
• 1.2 硫系玻璃10-11
• 1.2.1 硫系玻璃的基本特性10
• 1.2.2 硫系玻璃光纤的研究历程10-11
• 1.2.3 硫系光子晶体光纤11
• 1.3 硫系玻璃与其他玻璃特性的对比11-12
• 1.4 本文的创新点与内容安排12-14
• 第2章 光纤中的非线性效应14-24
• 2.1 光纤中非线性效应的产生14
• 2.2 三阶非线性效应14-19
• 2.2.1 非弹性过程14-17
• 2.2.2 弹性过程17-19
• 2.3 光脉冲在光纤中的传输19-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 硫系光纤中超连续谱的产生24-39
• 3.1 超连续谱的研究进展24
• 3.1.1 硫系光纤中超连续谱的研究进展24
• 3.1.2 超连续谱的应用24
• 3.2 广义的非线性薛定谔方程及其求解24-27
• 3.2.1 广义的非线性薛定谔方程24-25
• 3.2.2 分步傅里叶算法及改进25-27
• 3.3 硫系光子晶体光纤的结构设计及数值仿真27-35
• 3.3.1 硫系光子晶体光纤色散特性28-30
• 3.3.2 受激喇曼散射30-31
• 3.3.3 硫系光纤中的单模条件31-33
• 3.3.4 四波混频与超连续谱之间的关系33-34
• 3.3.5 硫系光纤中非线性特性34-35
• 3.4 硫系光子晶体光纤中超连续谱的产生35-38
• 3.4.1 不同空气孔间距下超连续谱的产生35-36
• 3.4.2 不同峰值功率下超连续谱的产生36-37
• 3.4.3 超连续谱时域和频域的演化过程37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 硫系光纤中基于四波混频效应的波长变换39-52
• 4.1 四波混频的研究进展39
• 4.2 波长转换的意义39-40
• 4.3 四波混频的耦合方程组的求解40-43
• 4.3.1 耦合薛定谔方程组40-41
• 4.3.2 非线性薛定谔方程组的求解41-43
• 4.4 光纤参数及四波混频模拟43-44
• 4.5 基于四波混频的波长转换44-49
• 4.5.1 相位匹配条件和波长转换效率的分析44-47
• 4.5.2 硫系光纤与普通石英光纤的波长转换效率的比较47-49
• 4.6 硫系光纤中1GHz和20GHz脉冲信号的波长转换49-51
• 4.6.1 1GHz时钟信号的四波混频49-50
• 4.6.2 20GHz时钟信号的四波混频50-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第5章 总结与展望52-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-60
• 附录 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目60

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本文编号：514994