超短脉冲在光子晶体中传播时的色散参量

利用最小二乘拟合法分析了光子晶体的能带结构,定量分析了二维光子晶体的色散参量.为了考虑脉冲各频率的作用,通过引入与频率分量相关的权重因子,从而解析了群速度和平均群速度色散,进而解析出脉冲波络渐变的理论结果.通过FDTD数值模拟后,发现数值模拟结果与理论解析结果完全相吻合.本文处理光子晶体的色散参量的方法,为制作光子晶体色散器件如光子晶体色散补偿器、脉冲展宽和压缩器有一定的借鉴作用.     

Fibonacci序列一维光子晶体色散关系解析解和数值解的对比研究

利用转移矩阵方法给出Fibonacci序列一维光子晶体能带，等频率表面的解析公式，同时给出物理量，如等效相折射率、群速度、波矢量的解析式.利用解析公式以及时域有限差分方法对一维光子晶体的色散关系进行对比研究.结果表明：在强调制一维光子晶体色散关系的计算中，数值方法与解析方法得到的结果总体趋势保持一致.但在弱调制一维光子晶体中，等频率表面的数值结果出现了颠覆性的错误.因而，对于弱调制光子晶体色散关系的数值结果，必须通过解析计算或数值模拟计算等方法进行验证.     

一种新型无色散慢光光子晶体薄板波导

利用椭圆形孔替代传统光子晶体薄板波导中邻接波导的最内层两排圆孔构成一种新型低损耗光子晶体薄板光波导.该波导的群速度和群速度色散特性强烈依赖于波导中这两排邻接波导的椭圆孔的特性.借助波导导模展开方法,计算得到波导的能带结构和群指数,并分析了它们与椭圆孔的参数关系.通过优化这些椭圆孔的参数,可以增加光子晶体光波导导模在光锥以下的无固有传输损耗带宽,在2—45 nm 的带宽上实现无色散的常数群速度.这些理论结果将为低损耗低色散慢光波导的设计制造提供理论基础. 关键词： 光子晶体薄板波导 群速度 群指数 群速度色散     

光子晶体光纤超连续谱产生过程中色散波的孤子俘获研究

基于光子晶体光纤中脉冲演化遵循的非线性薛定谔方程, 用数值模拟的方法分别研究了飞秒脉冲在单零色散点和双零色散点光子晶体光纤中超连续谱的产生和色散波的孤子俘获现象. 结果表明: 与单零色散点光子晶体光纤相比, 双零色散点光子晶体光纤产生的超连续谱既包含了蓝移色散波, 又包含了红移色散波, 且当满足群速度匹配时, 孤子通过四波混频不仅能俘获蓝移色散波, 而且能俘获红移色散波, 从而产生新的俘获波频谱成分. 为了清楚地观察脉冲传输的时频特性, 通过模拟交叉相关频率分辨光学开关技术, 得到了孤子俘获色散波的演化过程. 关键词： 超连续谱 色散波 孤子俘获 光子晶体光纤     

一种新型无色散慢光光子晶体薄板波导

利用椭圆形孔替代传统光子晶体薄板波导中邻接波导的最内层两排圆孔构成一种新型低损耗光子晶体薄板光波导.该波导的群速度和群速度色散特性强烈依赖于波导中这两排邻接波导的椭圆孔的特性.借助波导导模展开方法,计算得到波导的能带结构和群指数,并分析了它们与椭圆孔的参数关系.通过优化这些椭圆孔的参数,可以增加光子晶体光波导导模在光锥以下的无固有传输损耗带宽,在2—45 nm 的带宽上实现无色散的常数群速度.这些理论结果将为低损耗低色散慢光波导的设计制造提供理论基础.     

在色散渐减光子晶体光纤中产生超连续谱的实验研究

本文利用非线性偏振锁模激光器产生的重复频率50 MHz, 脉宽为1.8 ps的脉冲分别抽运外径均匀和色散渐减两种高非线性光子晶体光纤, 在三阶非线性效应 (自相位调制、交叉相位调制、四波混频和受激拉曼散效应等) 和色散共同作用下得到扩展至蓝光部分的超连续谱. 模拟了光谱在色散渐减光纤和均匀光纤中的展宽过程, 通过对比均匀光纤发现色散渐减光纤在调控色散, 加强拉曼孤子和色散波的群速度匹配条件, 产生超带宽光谱方面具有很大优势. 实验利用20 m长的色散渐减光纤, 得到了406.1至671.8 nm的可见光波段增强的较为平坦的超连续谱. 关键词： 超连续谱 色散渐减光子晶体光纤 群速度匹配 非线性效应     

光子晶体中缺陷的色散导致的群速度降低

利用传输矩阵方法计算了包含色散媒质缺陷的一维光子晶体的复透射系数，其中色散媒质用洛仑兹振子模型描述。计算了由复透射系数定义的等效复折射率并由此研究了频谱位于缺陷模频率附近的光脉冲的群速度。结果发现，由于缺陷模附近的透射谱敏感地依赖于缺陷层的光学厚度，而缺陷层的色散使缺陷层光学厚度随频率变化而改变，从而使包含缺陷的光子晶体的等效色散性质明显地依赖于缺陷的色散行为。由于光脉冲是由多种频率成分的单色场迭加构成的，透射脉冲由各单色场透射后重新迭加构成，因此波包的传播由介质的等效色散性质决定。与包含无色散缺陷的光子晶体相比，缺陷的色散可导致极慢的群速度。通过改变振子强度，群速度可从极慢光速转变为超光速(superluminal)。     

色散渐减光纤中超连续谱产生的数值模拟及优化

从脉冲在光纤中传输所遵循的广义非线性薛定谔方程出发,通过数值模拟对色散渐减光纤产生超连续谱(SC)进行了研究.结果表明:色散渐减光纤的色散斜率k、色散参量D0、参量L0和R及脉冲的峰值功率、脉冲宽度对SC谱的产生有着极其重要影响;在色散渐减光纤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,但高阶非线性效应对SC谱的产生影响很小;计算表明对光纤和脉冲的各参量进行优化选择后,可以获得宽而平坦的超连续谱.     

群速度色散对高功率激光系统前端整形脉冲的影响

基于高功率激光系统前端全光纤脉冲整形系统输出的脉冲特性，以两路脉冲堆积为例，理论分析并讨论了光纤中群速度色散的作用，提出了分离距离的概念，得出了整形脉冲时间调制周期、瞬时频率，以及初始啁啾对脉冲波形影响的解析结果。数值模拟了脉冲波形、瞬时频率在正、负色散光纤中随时间的变化特性，以及时间调制周期与传输距离之间的关系。结果表明，堆积脉冲不同位置瞬时频率变化不同；脉冲时间调制周期与时延和初始啁啾以及色散符号有关。     

空间诱导群速度色散的数值研究

利用数值模拟方法研究了超短脉冲Bessel光束传输过程中的空间诱导群速度色散-数值模拟的结果证实了对于实验中有限宽度的Bessel光束，只要其衍射距离大于空间诱导群速度色散的距离，空间诱导群速度色散的理论就可以很好地描述脉冲的演化过程- 关键词： 脉冲光束 时空耦合 空间诱导群速度色散     

Dispersionless slow light by photonic crystal slab waveguide with innermost elliptical air holes

We report a low-loss photonic crystal slab waveguide formed by deforming the innermost circle air holes in the conventional photonic crystal slab waveguide into elliptical ones. We obtain the photonic bands and group index of guided modes in this photonic crystal waveguide by guided-mode expansion method and investigate the dependence of photonic bands and group index of guided modes on the parameters of the innermost elliptical air holes. The group velocity and group velocity dispersion of this waveguide strongly depend on the innermost elliptical air holes. Photonic crystal slab waveguide with the optimum innermost elliptical air holes possesses a wider single mode region below the light line, in which light can easily propagate without intrinsic loss. At the same time, the guided mode supported by this waveguide has nearly constant group velocity and vanishing group velocity dispersion in a 3-5 nm bandwidth.     

单光子晶体界面介质波导中的慢光效应

研究了单光子晶体界面介质波导中的慢光效应.芯层-空气层界面的全内反射效应以及光子晶体基底的禁带效应共同形成了对光场能量的横向约束.用基于超元胞的平面波展开法计算得到了导模色散曲线,并据此对其色散、群速以及群速色散性质做了详尽分析.由于利用了色散曲线慢光区域内拐点附近低群速色散的部分,该单光子晶体界面介质波导具有良好的慢光特性.对两个不同导模计算得到的平均群速分别为c/98和c/376,可用相对频带宽度分别达到2.1×10-3和4.1×10-4.另外,该慢光结构可以侧向耦合的方式克服光子晶体慢光波导耦合困难的缺点.     

Broadening compensation for ultrashort pulses in photonic crystals

Extremely large group velocity dispersion of both signs can be achieved at the band edges of guided modes in photonic crystal waveguides. The selection of a proper value and sign of this parameter allows the design of short-length waveguides to compensate for pulse broadening. This pulse broadening can be caused, for instance, when a photonic crystal delay line is introduced. We present a theoretical study of the possibilities of using photonic crystal waveguides as intra-circuital dispersion compensation elements for ultrashort pulses, so the width of a transmitted pulse can be reduced. However, we also demonstrate that recovering the original pulse shape is not possible for these large-bandwidth pulses due to higher-order dispersion terms.     

Experimental research on measuring the fine structure of long pulse in time domain by synchronized ultrashort pulse

We propose a method of measuring the fine structure of a long pulse in time domain by a synchronized ultrashort pulse, in which the basic principle is the cross-correlation interaction between the long pulse and the ultrashort pulse in a nonlinear crystal. After a theoretical analysis on the principle and resolution, as an example, the fine structure of a picosecond Nd:YLF laser pulse is characterized by a synchronized femtosecond pulse experimentally. Further, the effect of group velocity mismatch on measurement results is discussed.     

Ultrashort Gaussian pulse-width expansion and shape deformation induced by group velocity dispersion

Pulse-width expansion and pulse-shape deformation of an ultrashort Gaussian pulse induced by both low and high order group velocity dispersion were theoretically analyzed in terms of energy conservation and coupled equations for three wave radiations. As an example, the optical parametric interaction processes in a negative uniaxial crystal of CsLiB₆O₁₀ with 50 fs of ultrashort Gaussian pulse were simulated. The results indicate that the degree of the pulse expansion induced by low and high order group velocity dispersion is determined by both the wavelength of the incident wave and the crystal length. A pulse could be expanded to 1.41 times its initial value as a crystal length equals the dispersion length and further heavily expanded with decreasing wave-length and increasing crystal length. The pulse expansion induced by high order group velocity dispersion using an incident wavelength of 213 nm is 1.6 times that when using 532 nm in a 50 fs pulse width without chirp modulation, and the symmetry deformation and the frequency pushing phenomena of the ultrashort pulse shape are also found. The text was submitted by the authors in English.     

Slow light in photonic crystal with combinations of gradient dielectric constant

A line defect waveguide formed by a new kind of two-dimensional photonic crystal with combinations of gradient varied dielectric was designed and the properties of slow light will been studied by using the Plane Wave expansion Method (PWM). The result shows that the group velocity is slower when the corresponding combination of gradient dielectric constants are with higher dielectric constant and lower interval. In our new structure of photonic crystal, the corresponding group velocity can reach as low as 0.06c (c: light velocity in vacuum), two orders magnitude lower than light velocity. Meanwhile, the group velocity dispersion effect is relatively small.     

考虑不同脉冲形状时群速失配效应在二次谐波自相关法中的影响

本文讨论了在考虑不同脉冲形状时群速失配效应对二次谐波自相关法测量超短光脉冲宽度的影响.结果表明了脉冲形状不同时,群速失配效应对干涉自相关法和强度自相关法的影响不同.     

群速弥散补偿的飞秒激光器的动态性能研究

本文研究了普通的CPM环型染料激光器和棱镜补偿光脉冲的群速度弥散及自相位调制的CPM环型染料激光器的动态性能;实验测量了锁模激光脉冲的光谱随可饱和吸收体DODCI的浓度变化,在腔内正群速度弥散过量时,光脉冲频率发生正啁啾,光谱分布发生反转。