色散补偿及高阶孤子压缩啁啾光脉冲的理论与实验研究

利用半导体激光器的单模速率方程及超短光脉冲在光纤中传输的非线性薛定谔(NLS)方程，从理论及实验上研究了增益开关DFB半导体激光器出射的啁啾光脉冲在色散补偿光纤(DCF)及色散位移光纤(DSF)中的压缩过程与规律.实验上，从1.55μm增益开关DFB半导体激光器出射的重复频率为2.5GHz、脉冲宽度为53.8ps的光脉冲经色散补偿光纤压缩至12ps,而后利用色散位移光纤中的高阶孤子压缩效应将脉冲压缩至2.5ps.改变色散位移光纤参数及入射光功率后获得最窄光脉冲宽度为2.1ps.理论与实验结果符合. 关键词：     

色散渐减光纤中自相似脉冲传输特性研究

研究了在高阶色散影响下,自相似脉冲在具有正常色散的色散渐减光纤中的演化情况.结果表明:当考虑高阶色散的影响时,脉冲的啁啾仍然具有很强的线性特性,只是中心变得不对称,产生中心漂移.这种啁啾特性使得自相似脉冲在时域中的抛物线形状产生畸形,导致了脉冲峰向一边延迟,并使脉冲的中心位置漂移,同时伴随着脉冲边沿的振荡.但是通过采用色散补偿技术,自相似脉冲强的线性啁啾仍然可以得到高质量的飞秒量级压缩脉冲,与忽略三阶色散影响时得到的压缩脉冲的脉宽近似相等.     

初始啁啾补偿光纤色散效应的适用范围

以啁啾高斯脉冲在单模光纤中的传输为例,分别就线性初始啁啾对光纤二阶和三阶色散的补偿进行了系统的理论分析和数值计算,结果表明：线性初始啁啾对光纤的二阶色散（线性色散）有一定的补偿作用,但不能有效地用于三阶色散的补偿.     

光纤的色散

阐述了光纤的色散现象及其表示法，介绍了产生色散的原因以及对光脉冲信号的影响，讨论了啁啾光脉冲在色散光纤中的压缩与展宽，指出了改善色散对光纤通信系统不利影响的方法．     

40 Gb/s窄脉冲预啁啾归零码色散管理传输

通过数值计算的方法，对40Gb/s带有预啁啾和无啁啾的窄脉冲归零码在色散管理光纤链路中的传输特性进行了比较，计算发现，脉冲的预啁啾会与光纤的高阶色散共同作用，并增强高阶色散对传输的影响，只有在高阶色散得到很好补偿以后，窄脉冲带啁啾的归零码（CRZ）的传输特性才会好于无啁啾的归零码。对不同的入射脉冲条件和传输链路参量存在相应的预啁啾最佳值。     

皮秒脉冲在零平均色散光纤链中传输的数值模拟

基于一种二阶和三阶色散都作了完全补偿(路径平均色散为零)的光纤级联系统模型,用数值法对1ps脉宽的高斯光脉冲长距离传输作了数值模拟.结果表明:这种完全补偿的高阶色散控制系统消除了三阶色散引起的脉冲边沿部的振荡,减弱了脉冲峰的时间移动.在不同的入上分别给输入脉冲附加以最佳的频率啁啾,可使得光脉冲的宽度`啁啾及振都围绕在初始值附近波动,在每个补偿端末基本恢复到初值,从而形成光脉冲的推稳定传输.功率增大,稳定传输的距离减小.预啁啾和零平均色散传输并不能完全消除脉冲峰的时间移动。累积的脉冲峰移与预啁啾无关,随功率增大而增大。脉宽的变化与功率和预啁啾都相关。另外,我们也考察了掺饵光纤放大器EDFA的噪声在该系统中引起的时间抖动特性。     

利用啁啾光纤光栅进行色散补偿的研究

分析了由于光纤的色散引起的脉冲展宽,并介绍了啁啾布拉格光纤光栅进行色散补偿的基本原理。２－５Ｇｂ／ｓ、１００ｋｍ 色散补偿的实验结果表明,利用啁啾光纤光栅进行色散补偿是一种切实可行的色散补偿方案。     

负啁啾脉冲在正负色散光纤中传输特性研究

对负啁啾脉冲在正常色散光纤中传输特性进行了数值分析和实验研究，数值分析与实验结果基本一致。数值分析和实验证明正常色散光纤不仅能压窄负啁啾的脉宽而且能压窄频谱，采用正常色散光纤消啁啾后用色散位移光纤为传输媒质成功地进行了一阶和高阶孤子传输。     

薄包层啁啾长周期光纤光栅的色散补偿

为了提高啁啾长周期光纤光栅(LPFG)光纤通信的色散补偿能力,提出了利用薄包层啁啾LPFG进行包散补偿的方法.首先介绍了根据传输信号确定啁啾LPFG的啁啾系数、光栅长度等参数的方法.然后利用上述方法设计了对光纤中传输的中心波长为1550 nm,带宽为0.2nm的信号进行色散补偿的薄包层啁啾LPFG.利用耦合模理论及传输矩阵法计算了约1m长的此种啁啾LPFG的色散,结果表明可以补偿该光信号通过46 km光纤所产生的色散.进一步分析了切趾函数、啁啾系数、交叉耦合系数等参数对薄包层啁啾LPFG色散的影响.     

棱镜对色散补偿系统的时域ABCD矩阵分析方法

讨论了棱镜对的负色散效应,利用时域ABCD矩阵方法分析了高斯型光脉冲经棱镜对色散补偿系统的脉宽和啁啾的变化,指出输出光脉冲的脉宽是展宽还是压缩,与棱镜啁啾、棱镜间距和光脉冲在棱镜中传输的距离的取值有关.讨论了棱镜对色散补偿系统对脉冲压缩的最佳条件,指出此时输出光脉冲脉宽随棱镜啁啾的增大而骤减,且骤减程度随啁啾增大而逐渐削弱,最后趋于一稳定值.     

基于绝热孤子压缩效应的小基座孤子脉冲研究

高重复频率超短光脉冲产生技术是高速光时分复用(OTDM)系统的关键技术之一,而一般的超短脉冲源直接产生的脉冲往往不够窄,因此必须对光脉冲进行压缩后才能满足高速光通信系统的要求。采用360 m长的色散渐减光纤(DDF),成功将从再生锁模光纤激光器(RMLFL)输出的中心波长1546 nm、重复频率10 GHz、脉宽分别为5.40 ps和4.60 ps的光脉冲,绝热压缩为脉宽为1.93 ps和1.71 ps的小基座孤子脉冲,压缩因子分别为2.80和2.69。利用这种绝热孤子压缩方法得到的光脉冲质量较好,可以用于160 Gb/s的光时分复用系统。     

反常色散锥形微结构光纤中高效率脉冲压缩研究

设计了一种沿光纤轴向线性变化的锥形微结构光纤,该光纤在1.55 μm波长处具有反常色散.利用自适应分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,对中心波长为1.55 μm、初始脉宽为1 ps的脉冲在锥形微结构光纤中的传输进行了模拟,利用1 m长的锥形微结构光纤实现了光脉冲的高效压缩,获得了压缩因子为56.9、品质因子为27的脉冲压缩效果.从脉冲在光纤中的演化发现,在反常色散区基于非线性渐增、色散渐减的锥形微结构光纤有利于实现脉冲的高效率压缩.与普通非线性光子晶体光纤相比,锥形微结构光纤粗端具有较大的有效模式面积,这     

通信系统中色散补偿光纤的研究

对五包层色散补偿光纤进行了研究,分析了各个参量对色散补偿光纤性能的影响,发现色散补偿光纤只有在一定范围的拉丝芯径内,以牺牲负色散数值为代价才能获得较大的负色散斜率。在1550nm处获得了不大于150ps/(nm·km)的负的总色散和负色散斜率的色散补偿光纤。采用在光纤拉丝时旋转预制棒的工艺减小了光纤的偏振模色散,并采用化学汽相沉积(MCVD)光纤生产工艺,研制出了性能较好的色散补偿光纤。     

基于半导体光放大器的光脉冲压缩方案的研究

对一种基于半导体光放大器(SOA)和普通单模光纤的光脉冲压缩方案进行了理论分析和实验验证.建立了该方案的理论分析模型,并在此基础上数值模拟了光脉冲的传播过程.计算结果表明,通过合理选取单模光纤的长度,可使50 ps光脉冲压缩到5 ps.实验表明利用普通单模光纤群速度色散导致的脉冲啁啾抵消SOA自相位调制引起的脉冲啁啾,实现了色散补偿及脉冲压缩.     

基于光子晶体光纤光脉冲压缩的理论研究

从理论上研究了单根光子晶体光纤的光脉冲压缩,利用较短的具有高非线性系数的光子晶体光纤可以实现较高质量的光脉冲压缩。针对单根光子晶体光纤压缩光脉冲的限制,提出了一种基于光子晶体光纤非线性环路镜中交叉相位调制效应的脉冲压缩方法。理论研究表明,这种脉冲压缩方式可以压缩自身功率较低的信号脉冲,相比于单根光子晶体光纤的方法,可以得到更高压缩质量的脉冲,通过合理选择控制光脉冲的参数,可以有效地抑制基座。     

Optimizing input and output chirps up to the third-order for sub-nanojoule,ultra-short pulse compression in small core area PCF

Compression of sub-nanojoule laser pulses using a commercially available photonic crystal fiber (PCF) with zero dispersion wavelength of 860 nm is discussed. A twofold pulse compression starting from 24 fs transform limited seed pulses around 800 nm is experimentally demonstrated as a verification of our simulations. Theory shows that by the optimization of input and output chirp parameters up to the third order, high quality, 5.7 fs pulses can be generated from a cost efficient experimental setup. Further calculations show that 1 ps pulses with central wavelength of 800 nm can be compressed down to 50 fs in the normal dispersion regime of the fiber with proper dispersion compensation. Calculations also show that dispersion flattened fibers can improve both the quality and the duration of compressed pulses. PACS 42.65.Re     

基于互逆光纤色散的微波光子雷达系统设计和实现

提出一种基于互逆光纤色散的微波光子雷达系统设计方案,既可以产生宽带线性调频信号,又可以实现线性调频信号的光域脉冲压缩.在发射端利用互逆色散光纤产生线性调频信号.在接收端,雷达回波信号通过马赫-曾德调制器调制到预啁啾的光信号上,然后经过色散光纤的进一步色散.最终在探测器端可以得到目标回波信号脉冲压缩后的结果.该方案无需脉冲压缩过程中数字化和离线处理,且具有脉冲压缩比的调谐作用.理论、数值仿真和实验证明了该设计方案能有效进行线性调频信号的光域脉冲压缩.实验产生了C波段下时宽1.2ns,带宽3.2GHz的线性调频信号,并通过互逆色散光纤将该信号压缩到了0.09ns,脉冲压缩比达13.3.     

Pulse compression of nanojoule pulses in the visible using microstructure optical fiber and dispersion compensation

Experimental results on the pulse compression of 1-nJ, 150-fs pulses from a tunable, 76-MHz Ti:sapphire laser oscillator operating at around 750 nm are reported. The length of the pulses can be compressed to nearly one tenth by applying a high-delta, single-mode microstructured optical fiber exhibiting zero group-delay dispersion at 767 nm, and by a prism-pair/chirped-mirror compressor. The experimental results are verified by theoretical investigations modeling the pulse propagation taking into account non-linear self-phase modulation and fiber dispersion. Received: 10 June 2002 / Revised version: 15 November 2002 / Published online: 12 February 2003 RID="*" ID="*"Corresponding author. Fax: +36-1/375-4553, E-mail: szipoecs@sunserv.kfki.hu     

飞秒孤子在色散渐增光纤中谱压缩的数值分析

通过数值求解修正了的广义非线性薛定谔方程,研究了孤子在色散渐增光纤中的谱压缩进程.详细分析了入射脉冲峰值功率对输出脉冲的谱宽和中心波长的影响,并描述了脉冲的脉宽、谱宽及啁啾在光纤中的演化过程.计算结果表明,脉宽200 fs、中心波长1 550 nm的基孤子在群速度色散从－1 ps2/km 至－11 ps2/km线性变化的长100 m的色散渐增光纤中传输时,脉冲谱宽由12.6 nm压缩至5.2 nm,即可获得最大压缩比为2.42.