基于分数阶傅里叶变换的模式测控一体化方法

提出了一种基于分数阶傅里叶变换的模式测控一体化方法。利用分数阶傅里叶变换光路对光纤模式耦合态进行空间调制和相位调制,以实现模式的有效分解。与双重傅里叶变换（F2）法以及空间和频谱成像（S2）法相比,采用的分数阶傅里叶变换法,通过改变分数阶参数,控制模式的空间分布以及模式间的叠加状态,更易于分解出高阶模式。基于分数阶傅里叶变换的模式测量方法可在更广泛空间,研究模式的空间和相位叠加以及模式分解,也可退化为F2法和S2法。     

利用交叉相位调制和四波混频制作的时间透镜的仿真分析

利用高非线性光纤中的交叉相位调制和四波混频分别在仿真中实现了时间透镜. 对基于交叉相位调制的时间透镜中的高非线性光纤中的非线性过程进行了仿真分析. 仿真结果表明, 该时间透镜的主要影响因素为色散、自相位调制与四波混频; 通过采用带有一定色散斜率的高非线性光纤可同时消除色散、自相位调制和四波混频的影响; 另外, 该高非线性光纤的色散零点最好选在信号脉冲和抽运脉冲波长的中心附近. 然后对基于四波混频的时间透镜的实现进行了仿真分析. 仿真结果表明, 该时间透镜的主要影响因素为色散、 自相位调制和其他的四波混频; 通过设定合适大小的信号脉冲和抽运脉冲的功率可消除自相位调制和其他的四波混频的影响; 另外, 通过在高非线性光纤中引入一定的色散可进一步提高信号脉冲和抽运脉冲的功率, 从而获得更高功率的输出脉冲. 最后对两种时间透镜系统做出了比较. 关键词： 光脉冲压缩 时间透镜 交叉相位调制 四波混频     

色散缓变光纤啁啾演变特性

从理论上分析了色散缓变单模光纤中啁啾演变特性。采用储里叶变换法得到了只有群速度色散效应或自相位调制效应时皮秒脉立足点啁啾的解析解，利用数值法模拟了色散缓变光纤中皮秒脉立足点秋演变过程。结果表明：色散缓变光纤中的啁啾比常规光纤中的啁啾小，而且，合理选择光纤色散参数可实现脉冲波形无畸变传输。     

反常色散平坦光纤产生平坦宽带超连续谱的数值研究

通过数值计算，对反常色散平坦光纤中高阶孤子压缩效应产生超连续谱进行了系统、深入的研究. 结果表明，反常色散平坦光纤的色散参量二阶微分常量、峰值色散参量及抽运脉冲的脉宽、孤子阶数对该种光纤中平坦超连续谱的形成及所需光纤长度的选取都有着非常重要的影响；进一步研究表明，超连续谱的展宽机理主要来自脉冲的自相位调制效应和群速度色散的共同作用,高阶非线性效应对超连续谱的产生不起决定性作用，在计算中完全可以忽略. 关键词： 反常色散平坦光纤 超连续谱 自相位调制效应 群速度色散     

具有高阶耦合色散系数三芯光纤耦合器非线性光开关特性的研究

利用两种方法研究了高速光脉冲在具有交叉相位调制的等边三角形排列结构的非线性三芯光纤耦合器中传输和开关特性.首先利用变分原理得到三纤芯中传输转移系数随距离变化的方程,然后利用分裂步长傅里叶方法求得了光脉冲的数值解.变分法和数值模拟的结果表明：当一阶模间色散系数较小时,光脉冲仍能在三芯之间周期性耦合传输,并且表现出良好的开关特性,但是随着一阶模间色散系数的增大,脉冲耦合传输的周期性和陡峭的开关特性都遭到破坏,光脉冲在传输中发生分裂;二阶耦合色散系数和初始啁啾都能使光脉冲传输时的耦合长度变短、光脉冲在三纤芯之间 关键词： 三芯光纤耦合器 模间色散系数 耦合长度 开关阈值功率     

基于五氧化二钽集成非线性光波导的高重复频率 宽带平坦相干光频率梳的产生

通过波导结构设计以及色散调控,基于孤子脉冲压缩、自相位调制和光波分裂效应,用0.22 m反常色散五氧化二钽波导级联0.9 m正常色散五氧化二钽波导产生在1 520～1 580 nm波段具有4 dB平坦度、60 nm带宽的平坦光频率梳.利用X-Frog技术分析了脉冲在传输过程中的时谱演化,并且研究了产生光频率梳的相干性.时谱演化指出自相位调制和光波分裂的共同作用使得光频率梳的光谱包络变宽,并且具有良好的平坦度.一阶复互相干度计算指出光频率梳具有较好的相干性.仿真结果表明,五氧化二钽集成非线性光波导在产生高重复频率平坦相干宽带光频率梳方面具有较好的前景.     

机动目标逆合成孔径激光雷达成像算法

针对逆合成孔径激光雷达对机动目标成像时,其回波信号存在距离向色散和方位向多普勒时变的问题,在建立机动目标精确回波信号模型的基础上,提出一种基于积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换的成像算法.在距离压缩时,首先采用积分立方次相位函数快速估计出回波脉冲的调频率,进而在最佳旋转角下采用分数阶傅里叶变换实现距离像压缩,消除距离色散.经过运动补偿后,在方位压缩时结合积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换与Clean技术实现对每一距离单元上强弱散射点的分离成像,解决由于机动运动产生的方位多普勒时变而形成的图像散焦问题.最后,通过散射点模型的仿真实验,验证了所提方法的有效性.     

基于高非线性微结构光纤的全光再生研究

提出了利用高非线性微结构光纤自相位调制效应进行全光再生的研究方案。分析了一组微结构光纤的色散和非线性特性。结果显示光纤的非线性系数与光纤结构有密切关系。通过减小有效模面积,可以提高光纤的非线性系数。采用一种高空气填充比的高非线性微结构光纤作为非线性介质,进行了基于自相位调制效应的全光再生研究。结果表明,由于微结构光纤的高非线性,采用较短的光纤长度就可以实现较好的再生效果。同时,输入微结构光纤的峰值功率、滤波器的参量选择对光再生的效果有重要的影响,它们必需满足一定要求,才能实现光再生。此外,对再生器的传输特性进行了研究。通过调整输入峰值功率和滤波器的参量,可以对不同宽度的光脉冲信号进行全光再生。     

偏振模色散影响下飞秒孤子的传输特性研究

以Maxwell电磁场理论为基础，在综合考虑了高阶色散、高阶非线性、自相位调制、交叉相位调制、自变陡、脉冲内喇曼散射及偏振模色散等因素的基础上，推导了飞秒孤子脉冲在双折射光纤中传输的耦合非线性薛定谔方程，并利用分步傅里叶方法对该方程进行了数值计算，研究分析了偏振模色散对飞秒孤子传输的影响。结果发现：当Dp≤0.1ps/km1/2时，偏振模色散对系统的影响很小，随着偏振模色散值的增大，系统的传输性能迅速恶化，当偏振模色散值达到0.3ps/km1/2时，系统的传输距离已经不到无偏振模色散时的1/3；若同时考虑光纤的高阶效应，以飞秒孤子作为载体的系统已经不能实现高速长距离的传输。     

线性啁啾光脉冲在具有纵向增益光纤中的自相似传播研究

非线性薛定谔方程是光脉冲在光纤中传播时所遵循的基本方程.本文利用分步傅里叶方法从数值结算的角度研究了具有线性啁啾的光脉冲在具有横向增益光纤中的自相似传播特性.研究表明:当群速度色散系数和光脉冲的啁啾系数符号相同时,由于在传播过程中自相位调制和群速度色散分别起主要作用,不论何种形式的光脉冲在传输过程中均会受到压缩,但随着传播距离的增加压缩的光脉冲会展宽;埃尔米特高斯输入和正弦输入在传播过程中的光强分布是对称的,拉盖尔高斯输入在传播过程中会发生能量交换而表现出明显的偏转;当群速度色散系数和光脉冲的啁啾系数符号不相同时,在传播过程中群速度色散始终起主要作用,脉冲一直展宽.这些研究结论可能为未来光纤压缩器、光纤放大器以及新型THz调制波源的制备提供新的理论基础和方法.     

An optical waveform pre-distortion method based on time domain fractional Fourier transformation

An optical waveform pre-distortion method is proposed in reducing the temporal broadening of pulse based on the optical implementation of time domain fractional Fourier transform (FRFT). Moreover, a new analysis of the dispersion and self-phase modulation effects is investigated. The simulation results show that prechirp coefficient and proper fractional orders of FRFT can be beneficial in mitigating pulse broadening.     

基于频域相位共轭技术的交叉相位调制所致失真的复原

理论分析和讨论了基于频域相位共轭技术的交叉相位调制所致信号失真的复原和补偿机理，数值模拟了在交叉相位调制作用下，高斯脉冲在中距相位共轭光纤系统中的传输演化过程.结果表明，频域相位共轭技术能够抑制交叉相位调制对光纤系统中传输信号的损害，复原其所导致的信号失真，并能够同步补偿群速度色散和自相位调制非线性效应所导致的信号失真.合适的初始脉冲时延和初始脉冲啁啾有利于频域相位共轭技术对交叉相位调制所致信号失真的抑制. 关键词： 频域相位共轭 交叉相位调制 色散 自相位调制     

高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲的传输特性和超连续谱产生机制的实验研究及模拟分析

用实验和数值模拟两种方法研究了高非线性光子晶体光纤中飞秒激光脉冲的传输特性和超连续谱的产生机理，给出了抽运脉冲在三种不同中心波长情况下输出光谱展宽并形成超连续谱的实际测量及理论模拟结果.研究表明：在零色散波长抽运时，光谱展宽以自相位调制为主，同时三阶色散的影响明显，传输脉冲在时域内出现振荡次峰.而在反常色散区抽运时，光谱展宽的初期以自相位调制为主，随后根据抽运功率的不同孤子自频移、高阶光孤子的裂变和四波混频效应会逐渐增强，进而成为光谱展宽的主要原因.与此相应，在时域中能明显看到孤子的形成和红移，飞秒传输脉 关键词： 光子晶体光纤 高非线性光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续谱     

Mechanism of pulse shaping in femtosecond lasers based on the high-order soliton

The mechanism of pulse shaping in Kerr-lens mode-locking Ti : sapphire lasers is investigated. Considering the balanced interaction between self-phase modulation, introduced by Kerr effect in Ti : sapphire, and group-velocity dispersion provided by prism-pair, pulse-splitting reflected in the intensity autocorrelation trace and pulse-compression display that the pulses outputting from different positions in laser cavity have different durations. We have concluded that the solitonlike pulse shaping that results from the competition between intracavity self-phase modulation within the Ti : S and negative group-velocity dispersion play dominant role in pulse evolution in Kerr-lens mode-locking lasers.     

Multiphoton endoscopy

Despite widespread use of multiphoton fluorescence microscopy, development of endoscopes for nonlinear optical imaging has been stymied by the degradation of ultrashort excitation pulses that occurs within optical fiber as a result of the combined effects of group-velocity dispersion and self-phase modulation. We introduce microendoscopes (350-1000 microm in diameter) based on gradient-index microlenses that effectively eliminate self-phase modulation within the endoscope. Laser-scanning multiphoton fluorescence endoscopy exhibits micrometer-scale resolution. We used multiphoton endoscopes to image fluorescently labeled neurons and dendrites.     

线性啁啾光脉冲在具有纵向增益光纤中的自相似传播研究

非线性薛定谔方程是光脉冲在光纤中传播时所遵循的基本方程.本文利用分步傅里叶方法从数值结算的角度研究了具有线性啁啾的光脉冲在具有横向增益光纤中的自相似传播特性.研究表明:当群速度色散系数和光脉冲的啁啾系数符号相同时,由于在传播过程中自相位调制和群速度色散分别起主要作用,不论何种形式的光脉冲在传输过程中均会受到压缩,但随着传播距离的增加压缩的光脉冲会展宽;埃尔米特高斯输入和正弦输入在传播过程中的光强分布是对称的,拉盖尔高斯输入在传播过程中会发生能量交换而表现出明显的偏转;当群速度色散系数和光脉冲的啁啾系数符号不相同时,在传播过程中群速度色散始终起主要作用,脉冲一直展宽.这些研究结论可能为未来光纤压缩器、光纤放大器以及新型THz调制波源的制备提供新的理论基础和方法.     

Self-phase modulation via similariton solutions of the perturbed NLSE Modulation instability and induced self-steepening

The perturbed nonlinear Schrodinger equation (PNLSE) describes the pulse propagation in optical fibers, which results from the interaction of the higher-order dispersion effect, self-steepening (SS) and self-phase modulation (SPM). The challenge between these aforementioned phenomena may lead to a dominant one among them. It is worth noticing that the study of modulation instability (MI) leads to the inspection of dominant phenomena (DPh). Indeed, the MI triggers when the coefficient of DPh exceeds a critical value and it may occur that the interaction leads to wave compression. The PNLSE is currently studied in the literature, mainly on finding traveling wave solutions. Here, we are concerned with analyzing the similarity solutions of the PNLSE. The exact solutions are obtained via introducing similarity transformations and by using the extended unified method. The solutions are evaluated numerically and they are shown graphically. It is observed that the intensity of the pulses exhibits self steepening which progresses to shock soliton in ultra-short time (or near t = 0). Also, it is found that the real part of the solution exhibits self-phase modulation in time. The study of (MI) determines the critical value for the coefficients of SS, SPM, or high dispersivity to occur.