1550 nm飞秒脉冲自相似光纤放大仿真模拟EI北大核心CSCD

针对全光纤的超短脉冲掺铒光纤放大器进行了仿真模拟,对正常色散条件下掺铒光纤自相似脉冲放大过程进行了详细分析。在光纤预放大器中,使用高正色散掺铒光纤对脉冲形状进行预整形,将重复频率43 MHz、脉冲宽度600 fs、平均输出功率1.2 mW的孤子型锁模脉冲预整形为抛物线型脉冲,预整形后的脉冲通过光纤主放大器进行功率放大。经两级光纤放大后,1.2 mW的信号光功率放大为102 mW,放大增益19.3 dB。分析了掺铒光纤长度、放大功率对脉冲自相似演化过程的影响。放大后的脉冲经4.4 m长单模光纤将脉冲宽度压缩至53 fs,峰值功率为44.8 kW。     

高功率脉冲在大模场掺Yb3+光纤中的自相似传输放大特性

分析了高功率脉冲在增益光纤中传输放大时非线性薛定谔方程的自相似解,得出注入光的脉宽和能量满足一定关系时,优化增益光纤的长度,才能满足种子光脉冲在增益光纤中的自相似传输放大.揭示了高功率种子光脉冲在光纤中自相似演化的特征参量.此外,模拟了注入能量为400 pJ,脉宽为200 fs,波形分别为正割、高斯以及3阶超高斯的种子光脉冲在纤芯为30μm的大模场增益光纤中的传输放大特性.结果表明3种波形的种子光脉冲的时间波形与光谱均演化为抛物形,时间波形与光谱均发生展宽,但光谱两侧均发生抖动.自相似传输放大后,脉冲为线性啁啾,易于压缩,对实现全光纤高功率超短脉冲产生系统具有重要意义.     

Induced modulational instability in EDFAs in the presence of higher-order nonlinear and dispersive effects

We derive the dispersion equation for erbium doped fiber amplifiers (EDFAs), assuming the supplementary effects of time-derivative nonlinearities including intrapulse Raman scattering and self-steepening incorporated with third order dispersion and product of gain and square of dipole relaxation time parameter, in the extended form of nonlinear Schrödinger equation and investigate their impacts on gain and cut-off frequency of modulational instability (MI) in EDFAs. Also, the influences of those effects on instability of steady-state amplitude, in the form of generation of terahertz pulse train of femtosecond solitons from a weak-modulated signal by induced MI, are numerically simulated and discussed within EDFAs in normalized form.     

双折射色散阶跃光纤中拉曼效应和参量放大增益谱

在拉曼效应和参量放大共同作用下,当激光脉冲在双折射光纤中传输时,根据所遵循的耦合模方程,通过引入平行拉曼增益的洛伦兹模型,导出了当输入泵浦波偏振方向同双折射轴成45°角时,在双折射色散阶跃光纤中拉曼效应和参量放大共同作用所导致的增益,讨论并分析了在不同色散区增益谱随相关参量的变化。结果表明:由于拉曼效应、参量放大、双折射和色散的相互作用,导致增益谱的斯托克斯波与反斯托克斯波彼此不对称;在反常色散区,产生的增益以反斯托克斯波为主,在正常色散区则以斯托克斯波为主;当表征距离的级数m发生变化时,增益谱也随之发生变化,可以利用色散阶跃光纤在适当的级数m位置提取T频率脉冲。     

双折射光纤中拉曼效应对参量放大增益谱的影响

根据激光脉冲在光纤中传输时, 所满足的波动方程, 导出了拉曼效应和参量放大共同作用下, 在双折射光纤中所遵循的耦合模方程, 并引入平行拉曼增益的洛伦兹模型, 给出了输入抽运波偏振方向同双折射轴成45^o 时, 拉曼效应和参量放大共同作用所导致的增益. 讨论并分析了拉曼效应在不同色散区对参量放大增益谱的影响. 结果表明, 在考虑拉曼效应后, 使得参量放大斯托克斯波与反斯托克斯波增益谱彼此不对称; 在反常色散区, 产生的增益以反斯托克斯波为主, 正常色散区则以斯托克斯波为主.     

强双折射光纤中单一频率传输区域的调制不稳定性

利用光脉冲在光纤中传播时所遵守的相干非线性薛定谔耦合方程,研究了单一频率的线偏振光,且偏振方向沿两个双折射轴的分量强度相等时,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,对应不同的功率区域输入脉冲有不同的增益谱,并且当输入脉冲功率一定时,双折射性质变化导致增益谱表现出明显的不同.     

掺Er3+飞秒光纤放大器的特性研究

依据二能级速率方程和光传输方程,理论计算了Er3+光纤放大器中Er3+光纤的最佳长度Lc. 以全光纤飞秒激光器输出的孤子脉冲作为种子源,以理论值Lc作为实际采用的光纤长度,实验测量了Er3+光纤放大器在同向泵浦和反向泵浦下信号光的输出功率,得到同向泵浦的增益为20.0dB, 反向泵浦的增益为20.2 dB.同时测量了脉冲宽度随泵浦功率的变化,实验结果表明,随着泵浦功率的增大,输出光脉冲的宽度的压缩效应经历逐渐增强后逐渐减弱的过程.在同向泵浦方式下,可以得到更短的输出脉宽,其最短脉冲宽度为260 fs.     

主动锁模光纤激光器的孤子理论分析

系统考虑了光纤激光器腔构参数与锁模脉冲参数的制约关系,建立了完整形式的振幅调制主动锁模光纤激光器的稳态方程;据此方程分析了主动锁模光纤激光器腔参数对锁模孤子脉冲参数的影响;分析了无啁啾孤子脉冲形成条件。     

Pulse Amplification in Dispersion-Decreasing Fibers with Symbolic Computation

The pulse amplification in the dispersion-decreasing fiber (DDF) isinvestigated via symbolic computation to solve the variable-coefficient higher-order nonlinear Schrödinger equation with the effects of third-order dispersion, self-steepening, and stimulated Raman scattering. The analytic one-soliton solution of this model is obtained with a set of parametricconditions. Based on this solution, the fundamental soliton is shown to be amplified in the DDF. The comparison of the amplitude of pulses for different dispersion profiles of the DDF is also performed through the graphical analysis. The results of this paper would be of certain value to the study of signal amplification and pulse compression.     

色散条件下各向同性光纤中拉曼增益对光脉冲自陡峭的影响

基于光脉冲所满足的慢变函数,详细推导了包含拉曼增益的高阶非线性薛定谔方程,在考虑色散的条件下,运用分步傅里叶方法对其数值分析,进而模拟仿真了拉曼增益对高斯脉冲在各向同性光纤中传播时自陡峭效应的影响,并与不考虑拉曼增益的自陡峭效应作比较,从而得出拉曼增益在不同条件下对高斯脉冲自陡峭效应的具体影响方式.结果表明,拉曼增益会影响高斯脉冲的展宽、脉冲峰值衰减以及在前后沿的振荡,其影响程度与具体的自陡峭参数、脉冲功率和色散系数的大小有关.     

非线性高双折射阶跃光纤中单一频率传输区域调制不稳定性

利用光脉冲在高双折射非线性光纤中传播时所遵守的相干耦合非线性薛定谔方程,研究了单一频率的线偏振光,当偏振方向沿两个双折射轴的分量强度相等时,其在阶跃式光纤中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,调制不稳定性这一过程不仅产生在反常色散区,而且产生在正常色散区,对于阶跃式光纤,矢量调制不稳定性还随级数不同发生变化。并且,反常色散区产生的增益谱不同于正常色散区,较之多一个增益谱区域。     

The Micro-Theory of Ultra-Short Pulse Propagating in Nonlinear Fiber

The modified quantum nonlinear Schrodinger equation of ultra-short pulse propagating in fiber is derived using dispersion relation and the Hamiltonian of the transmission system. The derived equation is solved with linearization approximation, and modulation instability is analyzed. The equation is also solved with Hartree approximation. The results indicate that pulse power, loss and self-steeping effect change the critical frequency, the maximum gain and the gain spectrum range, but the third order dispersion has no effect on modulation instability. The expectation value of optical field is average of a set of modified classical solitons, and higher order terms change the amplitude, pulse position and phase of soliton.     

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。     

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     

掺镱光纤放大器中自相似脉冲传输特性研究

研究了高阶色散和增益色散影响下,自相似脉冲在掺镱光纤放大器中的传输特性.从解析求解和数值模拟两方面分别阐述了初始脉冲能量、三阶色散和偶极子驰豫时间对脉冲传输质量的影响.结果表明,当传输考虑三阶色散效应时,伴随着脉冲啁啾非线性区域的扩大,啁啾中心随着色散系数取值的大小和正负前、后移动,脉冲峰向一侧延迟,中心位置发生漂移.增益色散对脉冲放大起到滤波作用,对自相似脉冲具有压窄效应.证实了具有一定驰豫时间的增益介质能够维持自相似孤子波的稳定传输.     

Generation of Fundamental Dark Soliton Train in Positive Dispersion-decreasing Fibers

ＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌＤａｒｋＳｏｌｉｔｏｎＴｒａｉｎｉｎＰｏｓｉｔｉｖｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎｄｅｃｒｅａｓｉｎｇＦｉｂｅｒｓＸＵＷｅｎｃｈｅｎｇＷＥＮＳｈｕａｎｇｃｈｕｎ１）ＧＵＯＱｉＬＩＡＯＣｈａｎｇｊｕｎＬＩＵＳｏｎ...     

保偏光纤中相近频率传输区域的调制不稳定性

利用激光脉冲在光纤中传播时所遵守的相干非线性薛定谔耦合方程,研究了保偏光纤中两相近频率的线偏振光，其偏振方向相互正交且平行于光纤的双折射轴，且偏振方向沿两个双折射轴的分量强度相等时，在同为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；在正常色散区存在不同的调制不稳定性功率区域，对应不同的功率区域，导致增益谱表现出明显的不同，并且当输入功率一定时，波长差(或频率差)的变化导致增益谱的变化. 关键词： 相近频率传输区域 双折射 保偏光纤 调制不稳定性     

高非线性光纤正常色散区产生超连续谱的数值研究

基于广义非线性薛定谔方程,通过数值计算对高非线性光纤正常色散区产生超连续谱进行了研究.结果表明,抽运脉冲的峰值功率、脉冲宽度以及脉冲初始啁啾对该光纤正常色散区超连续谱的形成有极其重要的影响;在高非线性光纤正常色散区产生超连续谱的过程中,三、四阶群速度色散甚至更高阶群速度色散对超连续谱的影响完全可以忽略,但与其他高非线性效应相比,自陡峭效应对超连续谱产生的影响更为明显.高功率超短光脉冲在高非线性光纤正常色散区,得到了没有泵浦成份残余、－20 dB谱宽达400 nm以上而频谱强度起伏小于10 dB的超宽而平坦超连续谱.     

基于NOLF双稳效应对经DSF压缩后的超短光脉冲进行消基座

基于非线性FP腔（NOLF）双稳效应，提出一种利用掺铒光纤放大器（EDFA）及NOLF对经DSF压缩后的超短光脉冲进行消基座的方案.利用耦合模方程，分析了NOLF的消基座特性.结果表明，通过合理选择NOLF的反射率、入射脉冲的中心频率与NOLF的共振频率的失谐量及EDFA的增益，可使脉冲的基座能量比减小一半. 关键词： 超短光脉冲 消基座 非线性FP腔 光学双稳 掺铒光纤放大器     

包层泵浦fs光纤放大器的实验研究

 在实验上对双包层光纤放大器进行了研究。采用新型内包层为六边形的铒镱共掺双包层光纤作为放大介质,用带尾纤的半导体激光器进行泵浦,对fs光脉冲进行放大。当用2.5 W的入纤功率泵浦50 cm长的双包层铒镱光纤时,把平均功率为10.8 mW、重复频率20.84 MHz的激光放大到176 mW,增益为12.2 dB,相应的单脉冲能量为8.1 nJ,放大后脉冲宽度为480 fs,峰值功率为16 kW。