包含高阶色散的色散缓变光纤中交叉相位调制不稳定性分析

从包含高阶色散的广义非线性薛定谔方程出发,得到了色散缓变光纤中交叉相位调制不稳定增益谱,研究了增益谱随入射功率及光纤纵向色散参量的变化关系.结果表明：由于四阶色散的影响,在色散缓变光纤的正、反常色散区,交叉相位调制不稳定均发生在两个频谱区.反常色散区两频谱区宽度均比正常色散区宽,且反常色散区第二频谱区更靠近零点,说明色散缓变光纤中交叉相位调制不稳定更容易发生在反常色散区.增益谱宽都随两入射光波功率比值的增加而增大.色散缓变光纤中交叉相位调制不稳定增益谱宽比常规光纤的宽,且随着光纤纵向色散参量μ的增大色散缓变光纤中交叉相位调制不稳定越来越明显.     

高阶色散导致的交叉相位调制不稳定性

在考虑光纤损耗及高阶色散的情况下,以三、四阶色散项的耦合非线性薛定谔方程为基础,研究高阶色散对交叉相位调制不稳定性的影响.研究表明:三阶色散对调制不稳定性不起作用;由于四阶色散的影响,在光纤的正常、反常色散区,交叉相位调制不稳定性均发生在两个频谱区.且反常色散区两频谱区都比正常色散区的宽,反常色散区第二频谱区比正常色散区的更靠近零点.光纤损耗对增益谱的谱宽有较大影响,它使增益的谱宽变窄,且随传输距离的增大谱宽变得更窄.     

零色散附近的交叉相位调制不稳定性分析

以三、四阶色散项的耦合非线性薛定谔方程为基础,考虑光纤损耗及高阶色散,研究了双光束在零色散附近的交叉相位调制不稳定性.理论上导出描述交叉相位调制不稳定性的色散方程,并进行数值模拟计算.结果表明：由于四阶色散的影响,在光纤的正常、反常色散区,交叉相位调制不稳定性均发生在两个频谱区.如光脉冲工作在最小群速度色散附近时,四阶色散对光纤的交叉相位调制不稳定性将起决定性作用,可使增益谱出现一个新的峰值.光纤损耗使增益的谱宽变窄.对给定的传输距离,随着光纤向零色散附近靠近,两个频谱区谱宽增加直到相互重叠.数值分析了两光波有差别时的交叉相位调制不稳定性.     

高斯变迹布拉格光纤光栅中的调制不稳定性

利用激光脉冲在光纤光栅中传播时所遵守的相干耦合非线性薛定谔方程,研究了激光脉冲在高斯变迹布拉格光纤光栅中传输时，在反常色散区和正常色散区所产生的调制不稳定性.结果表明在反常色散区和正常色散区都能产生调制不稳定性；在反常色散区，当输入功率达到一定数值时，产生明显的有规律的增益谱；在正常色散区，在产生调制不稳定性功率区域，调制不稳定性存在并从给定值一直持续到无穷；并且，在反常色散区和在正常色散区，增益谱都受到高斯变迹函数的制约. 关键词： 高斯变迹 布拉格光栅 调制不稳定性 增益     

具有高阶色散项的交叉相位调制不稳定性分析

以包含了三、四阶色散项的耦合非线性薛定谔方程为基础,重点研究了三、四阶色散对交叉相位调制不稳定性的影响。结果表明：三阶色散对调制不稳定性不起作用;当满足一定条件时,由于四阶色散的影响,不仅在光纤的反常色散区,而且在光纤的正常色散区,交叉相位所致的调制不稳定性均发生在两个频谱区。当光纤各参量及两束入射光波功率一定时,光纤反常色散区第一区域的增益谱要比正常色散区第一区域的增益谱宽;同时,反常色散区第二区域的增益谱比正常色散区第二区域的增益谱更靠近零点;进一步对比反、正常色散区的这两个频谱区,发现两个频谱区的范围有确定的对应关系。     

光子晶体光纤中调制不稳定现象与超连续光谱的产生

研究了光子晶体光纤中调制不稳定性效应.从非线性薛定谔方程出发，计算和分析了光子晶体光纤中反常色散区以及正常色散区内的调制不稳定性现象，详细讨论了超短脉冲的脉宽、峰值功率、高阶色散和高阶非线性效应（如脉冲内喇曼散射、自陡峭效应）对调制不稳定性产生的影响.结果表明：二阶色散对调制不稳定性的影响要远大于三阶色散，同时也发现随着初始脉冲宽度的减小，调制不稳定性旁瓣增大但是强度有所降低.另外还发现高阶非线效应如自陡峭和喇曼效应会在不同程度上抑制调制不稳定性.     

五阶非线性下零色散附近的调制不稳定性

在同时考虑光纤损耗、高阶色散以及高阶非线性情况下,从广义非线性薛定谔方程出发,研究了零色散附近的调制不稳定性,分析了四阶色散和五阶非线性对增益谱的影响.结果表明：当光脉冲工作在零色散附近时,四阶色散对调制不稳定性起决定作用,它使反常色散区的增益谱变宽.在光纤正常色散区,正（负）五阶非线性使增益谱的谱宽和峰值增大（减小）;但在反常色散区,五阶非线性仅改变增益谱的峰值,几乎不影响谱宽.     

色散缓变光纤中的调制不稳定性分析

研究了色散缓变光纤中调制不稳定效应,得到了增益谱与光纤纵向色散参量的一般关系式.结果表明,色散缓变光纤较常规光纤具有较宽的增益谱.选取色散级变光纤的色散参量可以获得较大的增益带宽.数值模拟显示,利用色散缓变光纤中的调制不稳定性可以产生高重复率的基本孤子脉冲串.     

色散缓变光纤耦合器中的调制不稳定性

用奇偶超模对光纤耦合器的耦合模方程重写.讨论了当输入条件使奇偶超模其中之一被单独激发时,色散缓变光纤耦合器中的调制不稳定性,结合调制不稳定性,分析了色散缓变光纤耦合器在准连续波条件下的非线性效应.结果表明：在正常和反常色散区存在新型调制不稳定性.当满足一定条件时,在色散缓变光纤耦合器中传播的准连续波光束可以分解成脉冲序列,并且脉冲几乎不展宽,由此可以分离和提取稳定的超短脉冲;当输入功率一定时,增益谱随着传输距离的改变,形态基本保持不变;当传输距离一定时,增益谱随着输入功率的增强,宽度变宽,强度增强.     

局部高斯变迹布拉格光纤光栅中的调制不稳定性

利用激光脉冲在光纤光栅中传播时所遵守的相干耦合非线性薛定谔方程,研究了激光脉冲在局部高斯变迹布拉格光纤光栅中传输时,在反常色散区和正常色散区所产生的调制不稳定性。结果表明在反常色散区和正常色散区都能产生调制不稳定性;在反常色散区,当输入功率达到一定数值、传输距离一定时,当f=-1禁带之上能带底时,调制不稳定性增益的强度最强、宽度最窄;当远离能带底时强度减弱、宽度变宽;在正常色散区,在产生调制不稳定性功率区域,调制不稳定性存在并从给定值一直持续到无穷;并且,在反常色散区和在正常色散区,增益谱都受到局部高斯变迹函数的制约。     

色散缓变光纤中飞秒光脉冲的调制不稳定性研究

研究了色散缓变光纤中飞秒光脉冲的调制不稳定性 ,发现当色散缓变光纤的色散参量满足一定关系式时 ,增益谱的谱宽最宽 ,获得了增益谱的表达式 ;三阶色散对调制不稳定性不起作用 ;自变陡效应使增益谱的谱宽变窄 ,振幅的增长速度减漫 ;拉曼效应改变了调制不稳定性的产生区域。     

Modulation instability in silicon photonic nanowires

We demonstrate that strong modulation instability (MI) of copropagating optical waves can be observed in Si photonic nanowires with a length of only a few millimeters. We consider two distinct cases, namely one in which one wave propagates in the normal group-velocity dispersion (GVD) region and the other one experiences anomalous GVD, and a second case in which both waves propagate in the anomalous GVD region. In both cases we show that, for comparable optical powers, the peak value of the MI gain spectrum is 2 to 3 orders of magnitude larger than that achieved in optical fibers.     

Modulational instability in optical fiber with stochastic parameters and noninstantaneous response

We investigate analytically and numerically the modulational instability (MI) in optical fiber, where the effect of noninstantaneous nonlinear response as well as stochastic coefficients are taken into account. Applying the linear stability analysis and stochastic calculus, we show that the MI gain spectrum reads as the maximal eigenvalue of a constant matrix. In the limiting cases of small fluctuations, we give explicit expressions for the MI gain spectra. In the general configurations, we derive an explicit form of the effective matrix and compute numerically the maximal eigenvalue. The moment MI peak is enhanced and the delayed Raman response reduces the maximum MI gain caused by stochasticity both in anomalous and normal dispersion regimes. Numerical simulations of the full stochastic nonlinear Schródinger equation show that, the phenomenon of MI gives rise to periodic pulse arrays of waves train, as well as to a chain of peaks with continuously growing amplitudes.     

Modulation instability in metamaterials with fourth-order linear dispersion,second-order nonlinear dispersion,and three kinds of saturable nonlinearites

The linearized nonlinear propagation equation and its coefficients, gain spectrum of modulation instability (MI) in metamaterials (MMs) with fourth-order linear dispersion, second-order nonlinear dispersion, and three kinds of saturable nonlinearites, are analytically deduced by utilizing the linear stability analysis and Drude electromagnetic model. Then variations of gain spectra of MI with the normalized angular frequencies and the optical power densities are calculated in real units. In the negative refractive region, two kinds of gain spectra are discovered. The first (second) one is close to (far from) the zero perturbation frequencies and it corresponds to the lower (higher) normalized angular frequencies. Moreover, the second one has higher cutoff frequency, which is obviously beneficial to generation of high-repetition-rate pulse trains. While in the positive refractive region, only the first kind of gain spectra is found. With increase of the optical power densities, the peak gains and the spectral widths of MI increase before decrease, but they vary the most rapidly (slowly) for the exponential (conventional) saturable nonlinearities. The MI characteristics and their corresponding applications can be adjusted by several methods.     

光纤色散对超连续谱产生的影响

对1550nm波长附近具有不同色散特性的光纤产生超连续谱进行了详细的计算和分析。结果表明，在反常色散区和零散区，由于内脉冲拉曼散射效应和三阶色散效应的影响，不能产生平坦、宽带的超连续谱。而在正常色散区，可以产生平坦光滑的超连续谱。进一步研究表明，具有较小正常色散的色散平坦光纤对于产生平坦、宽带的超连续谱极为有效。通过增强脉冲抽运功率，可以得到谱强起伏小于10dB、带宽达300nm以上的平坦超宽超连续谱。     

受激拉曼散射对非线性介质波导的时空不稳定性影响

基于非线性包络方程我们研究了平面非线性介质波导中的时空不稳定性,得到了有拉曼散射效应情形下不稳定性调制的增益谱的表达式.结果表明在正常和反常两种群速度色散情形下,拉曼散射效应都会导致出现新的不稳定性区域,并且使原有的每一个谱分量的增益上升从而使谱的范围扩大.并通过分析反常色散情况下四种不同函数分布的非线性色散介质系数对不稳定性增益谱的影响,得到呈双曲函数分布的非线性色散介质最为理想.     

非线性管理光纤光栅中的调制不稳定性研究

基于非线性耦合模方程,研究了非线性管理光纤光栅中的调制不稳定性,得到了调制不稳定性的色散关系。与常规的非线性光纤光栅相比,在非线性管理光纤光栅中,克尔非线性的变化改变了调制不稳定性增益谱的谱宽和幅度,并导致新的不稳定性区域的出现:在反常色散区,原来关于零波数对称的两个旁瓣随着克尔非线性变化的增加其增益幅度递减至零,在经历了一段无增益区域之后,又逐渐形成了在零波数附近区域的一个新的单峰;而在正常色散区,除了原来的两个增益区域之外,零波数附近出现了新的增益区,增益的幅度随克尔非线性变化的增加而递增。可见,非线性管理光纤光栅给调制不稳定性的产生提供了更多的空间。     

Dynamics of the spectral width of intense laser pulses consisting of several field oscillations in optical waveguides

The dependence of the rms spectral width of a light pulse consisting of several light-field oscillations on the distance passed in an optical waveguide with arbitrary dispersion and nonresonant electronic nonlinearity has been derived. This dependence allows one to rapidly predict the scenarios of the initial evolution of the spectrum (broadening, distance independence, or compression) by using the input pulse parameters and waveguide characteristics. It is shown that the pulse spectral width increases when the enrichment of the spectrum due to the generation of multiple harmonics is taken into account. In this case, for pulses with the spectrum in the region of the anomalous group dispersion of the waveguide, there is the intensity range for which the self-narrowing of the main spectral peak around the central radiation frequency is characteristic.     

凹形色散分布光纤中超连续谱特性分析

比较了在不同色散分布的色散渐减光纤中超连续（SC）谱的产生。结果表明,当光纤的色散值关于中心波长对称、且随着传输距离增加,经由反常色散区过渡到正常色散区的、凹形色散分布的色散渐减光纤更有利于产生平坦、带宽的超连续谱。从频域的全场方程出发,模拟了脉冲在光纤中的传输情形,发现脉冲在凹形色散分布的光纤中传输时,不仅在反常色散区能更大程度被压缩,在正常色散区由于存在零色散波长点,还能更进一步展宽,从而得到更宽、更平坦的超连续谱。在谱强为-27dB时,谱宽可达到298nm,比相同情况下的凸形色散的光纤中超连续谱增宽97nm。结果显示,凹形色散分布的光纤比凸形色散分布的光纤在超连续谱的产生上有更明显的优势,可以得到更宽的超连续谱。