高阶效应影响下高阶孤子在超常介质中的传输特性研究

基于描述超短脉冲在超常介质中传输的非线性薛定谔方程,本文数值研究了高阶效应影响下高阶亮、暗孤子在超常介质中的传输情况。数值模拟表明,三阶色散和自陡峭效应都会引起高阶孤子的分裂和辐射,破坏高阶亮孤子周期性演化特性,导致高阶暗孤子分裂出的灰孤子不对称;孤子的阶数越高,三阶色散和自陡峭的影响越大。利用超常介质可控的色散和非线性特性,通过调节三阶色散和自陡峭效应的系数,发现超常介质中可以基本支持二阶亮孤子、二阶暗孤子和三阶暗孤子的稳定演化。本文的研究结果为将来进一步研究超常介质中高阶亮、暗孤子的存在及传输特性提供了一定的参考价值。     

拉曼增益对双折射光纤中孤子传输特性的影响

本文采用考虑拉曼增益的耦合非线性薛定谔方程,利用分步傅里叶方法求解并仿真模拟了光孤子脉冲在不同性质的双折射光纤中传输时的演化过程.结果表明,拉曼增益可以有效抑制非线性耦合导致的孤子漂移,同时会导致光孤子脉冲峰值在传输时不断增大,产生拉曼放大效应.拉曼增益也可以有效抑制双折射光纤中传输的相邻光孤子之间的相互作用.     

负折射介质中可控自陡峭效应对孤子传输的影响

研究了具有非线性极化的负折射介质中孤子脉冲的传输特性,着重分析了在常规非线性传输模型中不曾出现的由负折射介质色散磁导率导致的可控自陡峭效应对孤子传输的影响.结果表明,与正自陡峭效应一样,负自陡峭效应同样造成孤子脉冲的非对称、中心偏移和高阶孤子衰减,但脉冲偏移的方向与正自陡峭效应情形相反.此外,利用可控自陡峭效应可以从某种程度上抵消三阶色散效应导致的孤子脉冲偏移,从而实现孤子脉冲中心的无偏移传输.     

自陡峭和拉曼增益对啁啾Peregrine怪波传输特性的影响

本文基于高阶非线性薛定谔方程,数值研究了自陡峭效应和拉曼增益对啁啾Peregrine怪波传输特性的影响。结果发现,随着自陡峭效应的增强,啁啾Peregrine怪波的分裂变得不再规则,且分裂后脉冲中心位置发生偏移;拉曼增益效应的增加会导致啁啾Peregrine怪波分裂后一侧子脉冲的峰值功率增加明显。     

拉曼增益对孤子传输特性的影响

利用考虑拉曼增益效应的非线性薛定谔方程, 在忽略光纤损耗的情况下, 采用基于MATLAB的分步傅里叶数值算法, 得出线性算符和非线性算符具体的表达式, 分步作用于光孤子脉冲传输方程, 仿真模拟了光孤子在光纤中传输时的演变. 与不考虑拉曼增益的光孤子在光纤中传输相对比, 探析了拉曼增益对孤子传输特性的影响.拉曼增益会破坏孤子的传输周期, 导致孤子在光纤中传输时快速衰减, 并且影响程度和输入孤子的脉冲峰值功率大小有关, 拉曼增益对基态孤子和高阶孤子的影响也不相同. 关键词： 拉曼增益 孤子 对称分步傅里叶法 非线性薛定谔方程     

拉曼增益和自陡峭效应对艾里脉冲传输特性的影响

利用包含拉曼增益和自陡峭效应的非线性薛定谔方程, 忽略光纤损耗的情况下, 模拟和分析了艾里脉冲在单模光纤中的传输特性. 发现艾里脉冲在光纤中传输时由于受到拉曼增益和自陡峭效应的影响, 在一定条件下会转变为孤子, 并且, 转变后形成的孤子传播方向发生了偏移. 在时域方面, 艾里脉冲的小峰个数迅速减少, 变成含有一个主峰和次峰能量可以忽略的峰值结构, 此时, 可以把这个峰值结构近似为孤子的结构. 同时发现, 不管截止系数a和艾里函数振幅b 取什么值, 拉曼增益和自陡峭效应都会减小艾里脉冲的时移. 研究了艾里脉冲的加速度特性, 发现一定的传输距离下, 艾里脉冲的横向加速度在初始时并不是一个稳定的值, 但随着传输距离的增大, 加速度慢慢趋于稳定.     

拉曼增益对高双折射光纤中孤子俘获的影响

从高双折射光纤中含有拉曼效应和自陡峭效应的非线性薛定谔方程出发,利用快速分步傅里叶变换,模拟了孤子的两个正交偏振分量的演化,分析了拉曼增益和自陡峭效应对孤子俘获的影响。结果发现:当群速度失配较小时,拉曼增益增大了孤子俘获的阈值;当群速度失配较大时,拉曼增益破坏了孤子传输。自陡峭在群速度失配较大时才有明显的影响,此时快轴向慢轴发生能量转移,且当输入脉冲振幅N较大时,两脉冲彼此俘获。     

超短艾里脉冲在单模光纤中相互作用规律的研究

运用分步傅里叶变换法对适用于超短艾里脉冲的高阶耦合非线性薛定谔方程进行了求解,利用Matlab软件对超短艾里脉冲在单模光纤中传输时相互作用的演化过程进行了数值模拟。结果表明,负三阶色散效应可加快波包的渗透速度,超短脉冲可传输更远距离;正三阶色散效应可减慢超短脉冲的传输,当三阶色散系数足够大时脉冲前沿处的振荡转移到后沿处。自陡峭效应通过孤子分裂的形式使超短脉冲产生时域位移,内拉曼效应导致脉冲在波长较长一侧产生拉曼自频移,且超短脉冲的能量由前沿处转移到后沿处。自陡峭效应和内拉曼效应的共同作用导致超短脉冲产生时域位移且脉冲前沿处的能量会转移到后沿处。三阶色散效应、自陡峭效应、内拉曼效应三者同时存在时会显著影响超短艾里脉冲相互作用的自弯曲特性和自加速特性。     

非均匀光纤系统中高阶效应对拉曼脉冲产生的影响

从含三阶效应和自陡峭效应的变系数耦合非线性薛定谔方程(CNLS)出发,采用分步傅里叶数值算法,仿真模拟了光孤子在光纤中传输时的演变,探析三阶效应以及自陡峭效应对拉曼脉冲产生的影响。结果表明自陡峭效应改变了孤子的传输特性,破坏孤子的传输周期,导致孤子随着传输距离的增加而衰减,使得大部分能量从泵浦脉冲前沿转移到拉曼脉冲,使拉曼脉冲变为孤子脉冲在光纤中传输。     

中红外可调谐大能量飞秒脉冲激光产生

可调谐中红外飞秒光纤激光器具有非常普遍的应用,从而引起了人们的广泛关注。目前,非线性光纤中的拉曼孤子自频移效应是实现大范围可调谐飞秒脉冲激光的理想方法之一。然而,非线性光纤中其他高阶非线性效应的产生通常会限制拉曼孤子脉冲的能量提升。本文提出了利用有源掺杂光纤作为非线性介质和增益介质实现可调谐大能量中红外飞秒激光脉冲的方法。在理论上研究了有源掺杂非线性光纤中高阶孤子劈裂和孤子自频移效应的产生,以及线性增益对波长移动拉曼孤子能量、脉宽、光谱的影响。结果表明,通过为波长红移的低能量拉曼孤子提供线性增益,孤子脉冲的能量得到了显著提升且保持了其单脉冲特性,脉冲宽度为45 fs,且孤子脉冲的波长可通过所提供的增益进行大范围调谐。因此,利用有源掺杂光纤作为非线性介质是实现大能量可调谐中红外飞秒脉冲激光的一种有效方法。     

Femtosecond soliton generation induced by intrapulse stimulated Raman scattering in optical fibers

ＦｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｓｏｌｉｔｏｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙｉｎｔｒａｐｕｌｓｅｓｔｉｍｕｌａｔｅｄＲａｍａｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｉｎｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓＣＡＯＷｅｎｈｕａ；ＬＩＡＯＣｈａｎｇｊｕｎ；ＧＵＯＱｉ；ＺＨＡＮＧＹｏｕ；...     

The freeze of intrapulse Raman scattering effect of ultrashort solitons in optical fiber

The effect of intrapulse Raman scattering (IRS) for the propagation of the femtosecond solitons in an optical fiber is investigated. To factually simulate its influence, a combination of 27 Lorentian lines to fit experimental Raman gain profile is adopted. By using nonlinear Schrödinger equation and finite-difference time domain method, the propagations of femtosecond fundamental solitons in an optical fiber are numerically calculated. When the initial power is suitably enhanced, it is found that the pulse shape is almost the same as initial pulse and the delay Raman response only makes small pulse shift. In other words, when ultrashort soliton is considered, the IRS effect is similarly frozen under the enhanced initial power.     

三阶色散和受激拉曼散射效应对呼吸孤子作用的相互平衡

以高阶复系数Ginzburg-Landau方程为模型,就高阶非线性效应(比如:三阶色散、自陡峭、自频移等)对呼吸孤子传输特性的影响进行了详细的分析,结果表明:当各高阶非线性效应单独作用时,可能会导致呼吸孤子形状的不对称或脉冲中心偏移等现象,但是,当它们共同作用于呼吸孤子时,适当的参数选取可以使它们对呼吸孤子的影响相互抵消,从而使呼吸孤子实现保型传输。     

脉冲内拉曼散射影响下的孤子之间的相互作用及其控制

研究了脉冲内拉曼散射效应影响下的同相和反相相邻孤子脉冲之间的相互作用,分析了孤子之间的相互作用对定时抖动的影响和脉冲内拉曼散射效应对孤子频移的影响。研究结果表明:在脉冲内,在拉曼散射效应的影响下,同相基态孤子脉冲的周期性离合被破坏了,两孤子脉冲一次碰撞后一直处于排斥状态,并且在碰撞后自频移现象十分明显;反相孤子脉冲的影响则较弱,两孤子脉冲都向下降沿发生偏移。引入非线性增益可以有效地控制孤子之间的相互作用,抑制自频移效应和稳定孤子传输。     

超常介质中暗孤子的形成和传输特性研究

利用一种扩展的双曲函数级数方法求解超常介质中的传输方程，得到了各种不同情形下的暗孤子解，分析了可控自陡效应和二阶非线性色散效应对孤子形成和传输特性的影响.结果表明，超常介质中负的自陡效应使得暗孤子的中心位置随传输距离向脉冲前沿方向漂移，与常规介质中自陡效应(恒为正)的作用相反；特别是，由于二阶非线性色散的作用，使得在没有线性群速度色散的情形下同样可形成孤子，而且在反常线性色散情形也可形成暗孤子.     

各向同性光纤中拉曼增益对光脉冲自陡峭的影响

运用数学解析法导出了关于拉曼增益与自陡峭综合效应的光脉冲传输方程,在此基础上引入洛伦兹模型将拉曼增益整合到非线性系数中来研究光脉冲中拉曼增益对自陡峭效应的作用,重点分析了高斯脉冲在各向同性光纤中传播时,拉曼增益对其自陡峭效应具体影响方式,结果表明拉曼增益会减弱自陡峭中后沿偏移程度,减小脉冲展宽,但不会影响其峰值大小.     

Dark soliton switching in an NLDC in the presence of higher-order perturbative effects

Dark soliton switching in a nonlinear directional coupler in the presence of intermodal dispersion, cross-phase modulation (CPM), third-order dispersion, Raman effect, and self-steepening effect is reported for the first time. It is shown that, with the exception of CPM, all of the other perturbative effects have almost no effect on the switching characteristics of the dark soliton switch, which is an improvement over the corresponding bright soliton switch. Although the CPM increases the critical power of dark soliton switching, the soliton pulse remains stable inside the coupler during its propagation.     

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.     

高阶效应对光纤系统中孤子和艾里脉冲传输特性影响的数值研究

以变系数耦合高阶非线性薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶方法,讨论了孤子和艾里脉冲在光纤中的传输特性。研究表明三阶色散、自频移和自陡峭效应导致孤子和艾里脉冲所分离出的俘获孤子的中心位置发生偏移,且三阶色散会影响俘获孤子的强度,并讨论了两脉冲的中心位置及强度对艾里脉冲截断系数的依赖关系。