脉冲形状对脉冲经光纤放大器传输后功率增益的影响

基于描述脉冲放大过程的时间相关非线性辐射迁移方程,对不同形状脉冲经掺镱光纤放大器传输后的功率特性进行了分析,该方程同时考虑了光与介质的相互作用.数值结果表明,在相同的脉冲能量下,不同形状脉冲经放大器放大后的功率增益随入射脉冲形状不同而不同,并且功率增益的差异在脉冲前沿比较大.这使得放大器输出脉冲峰值向前沿的偏移量以及峰值功率的放大倍数都与脉冲形状有关.尤其是当入射脉冲的能量较大时,不同形状脉冲的峰值功率的放大倍数明显不同,以超高斯脉冲为最大,高斯脉冲、双曲正割脉冲次之,洛伦兹脉冲最小.     

Generation of dual-wavelength domain-wall rectangular-shape pulses in HNLF-based fiber ring laser

The generation of dual-wavelength domain-wall rectangular-shape pulses in a highly nonlinear fiber (HNLF)-based fiber ring laser is experimentally demonstrated. The dual-wavelength lasing operation is realized by employing the intracavity birefringence-induced spectral filtering effect. An 85 m long HNLF is introduced into the fiber ring laser to enhance the nonlinear effect, which is favorable for the cross coupling between the two lasing beams. Experimentally, it was found that the interval of two domain walls in the time domain could be adjusted by simply tuning the linear cavity phase delay, which results in the achievement of different output pulse shapes. By properly rotating the polarization controller (PC), the dual-wavelength rectangular-shape pulses could be efficiently obtained. The proposed fiber laser provides a simple and efficient way to generate rectangular-shape pulse.     

Analysis of pulse dropout in harmonically mode-locked fiber lasers by use of the Lyapunov method

Using a stability analysis based on the Lyapunov method, we study pulse dropout in an actively mode-locked fiber laser. The analysis gives a limit on the maximum pulse duration and the minimum laser power that are needed for stable operation without pulse dropout. The stability of pulse trains was studied analytically and validated numerically for different pulse shapes.     

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。     

光子晶体光纤非线性光谱特性的理论与实验研究

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性,可以产生奇异的色散特性及高非线性,为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。受多种非线性光学效应的共同作用,在不同泵浦光脉冲参数条件下,不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、泵浦光波长λ、光脉冲形状、光脉冲宽度T_FWHM)、光纤结构参数(孔间距Λ、空气填充比d/Λ、光纤长度z)、传输特性(色散、非线性系数)的关系,分析拉曼孤子、色散波、自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究,获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、0.82 μm波段的剩余泵浦光、1.1 μm波段的孤子波、2 μm附近的红移宽带色散波。理论分析与实验测量结果一致,阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理,实现了对宽带光谱的可控输出,为高非线性光子晶体光纤的结构设计、制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。     

Pulsed dual-stage fiber MOPA source operating at 1550 nm with arbitrarily shaped output pulses

In this paper we present an effective method of pulse distortion pre-compensation in saturated high-power fiber amplifiers by arbitrarily shaping the input pulse. We derive a simple expression which allows us to generate user-defined pulse shapes at the output of the amplifier chain consisting of more than one stage. The numerical results were verified experimentally using a diode-seeded all-fiber two-stage master oscillator–power amplifier (MOPA) source based on Er³⁺/Yb³⁺-doped double-clad fiber. Several examples of obtained output shapes are presented, including high-energy 100-ns-long rectangular pulses.     

Impacts of operational parameters on nonlinear polarization rotation-based passively mode-locked fiber laser

The operational parameters including the polarization controlling and the pump power in a nonlinear polarization rotation-based passively mode-locked fiber laser are studied in this paper.The carrier rate equations of the activated erbium-doped fiber are first employed together with the nonlinear Shro¨dinger equations to reveal the relation between the operational parameters and the output state of the passively mode-locked fiber laser.The numerical and experimental results demonstrate that the output state of the mode-locked laser varies with the polarization controlling and the pump power.The periodicity of the polarization controlling is observed.With given pump power,there exists a set of polarization controlling under which the ultra-short pulse can be generated.With given polarization controlling,the mode-locked state can be maintained generally except for some particular values of pump power.Three shapes of the output optical spectra from the fiber cavity can be identified when the pump power changes.The results in this paper provide a comprehensive insight into the operation of the nonlinear polarization rotation-based passively mode-locked fiber laser.     

Rogue wave solutions for a generalized nonautonomous nonlinear equation in a nonlinear inhomogeneous fiber

In this paper, we investigate a generalized nonautonomous nonlinear equation which describes the ultrashort optical pulse propagating in a nonlinear inhomogeneous fiber. By virtue of the generalized Darboux transformation, the first- and second-order rogue-wave solutions for the generalized nonautonomous nonlinear equation are obtained, under some variable–coefficient constraints. Properties of the first- and second-order rogue waves are graphically presented and analyzed: When the coefficients are all chosen as the constants, we can observe the some functions, the shapes of wave crests and troughs for the first- and second-order rogue waves change. Oscillating behaviors of the first- and second-order rogue waves are observed when the coefficients are the trigonometric functions.     

高非线性光纤产生自相似抛物线脉冲的特性研究

基于脉冲在光纤中传输所满足的非线性薛定谔方程,采用数值计算的方法对脉冲在高非线性光纤中演化成自相似抛物线脉冲的传输特性进行了研究。结果表明,脉冲在不同初始能量和啁啾参量的情况下,高非线性光纤产生自相似抛物线脉冲,且随着归一化长度的增大,脉冲的自相似指数从0.0796减小到0.0720。进一步的研究表明:啁啾高斯脉冲在光纤传输过程中,脉冲逐渐展宽,同时正啁啾越大,其自相似演化结果越差;参数N=8的正负啁啾脉冲分别演化成平顶自相似抛物线脉冲以及三角形脉冲。     

具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲

从麦克斯韦方程组出发 ,推导出了具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲在非线性光纤中传输的方程和非线性光纤的折射率。给出了描述具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲在非线性光纤中传输方程的解。研究了在非线性光纤中自相位调制导致具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲频谱展宽 (脉宽压缩 )的详细物理过程。研究了非线性光纤中飞秒光孤子产生的条件     

利用非线性脉冲预整形实现脉冲快速自相似放大

报道了一种通过预先对信号光脉冲非线性整形, 进而在光纤放大器中实现自相似演化的方法. 利用透射光栅对和普通单模光纤组成被动脉冲整形装置, 预先优化脉冲的时域宽度和光谱质量, 使脉冲在光纤放大器中快速演化到自相似子. 研究中首先通过数值模拟对比, 说明了非线性整形对脉冲实现快速自相似放大的关键作用, 提高了放大器输出脉冲质量, 减小了去啁啾脉冲宽度. 实验中, 通过优化非线性整形输出, 在2.2 m 长的掺Yb³⁺光纤中, 在一定抽运功率范围内均实现了脉冲自相似放大, 去啁啾后得到脉冲宽度60 fs 的变换极限脉冲输出. 这种非线性脉冲预整形方法有效减小了 自相似演化所需光纤长度, 同时降低了自相似放大对种子源质量的要求, 首次将全正色散光纤锁模激光器成功用于自相似放大, 促进了当前自相似放大系统的全光纤化. 关键词： 非线性整形 光纤放大器 自相似放大 飞秒激光     

Optical pulse propagation in an irregular waveguide with spatially distributed Kerr-like nonlinearity

A nonstationary two-dimensional problem of propagation of a femtosecond pulse in a planar waveguide comprised of linear and nonlinear sections connected in series is solved using the finite-difference method. The accuracy of the finite-difference techniques is analyzed as applied to solution of stationary and nonstationary two-dimensional quasi-linear equations of light propagation in step-index waveguides. The effects of wave instability on the dynamics of the spatiotemporal pulse distribution in a nonlinear waveguide are studied. It is shown that, due to the retarded nonlinear response of the medium and the dependence of the group velocity of the pulse on its intensity, radiation continuously leaks from the fiber core to the cladding as the pulse propagates along the fiber.     

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     

脉冲堆积方式产生整形脉冲的逆问题

在利用光纤脉冲堆积器进行脉冲时间整形时,存在如何确定光纤脉冲堆积器各路的延时、衰减等参数以产生所需脉冲波形的问题.为此分非相干脉冲堆积和部分相干脉冲堆积两种情况,定量分析了堆积脉冲的特性.在此基础上,提出了一种逆算方法,使得在任意给定时间波形情况下,均可以通过该逆算方法,简单而准确地计算出光纤脉冲堆积器参数.研究结果表明,非相干堆积而成的脉冲波形较为平滑,而部分相干堆积而成的脉冲波形则存在一定的调制;按逆算结果堆积而成的脉冲波形与给定波形符合很好.     

新型全光纤高能量飞秒光脉冲源的数值模拟

数值模拟了自相似脉冲的产生与压缩,得到一种产生高能量飞秒光脉冲的新方法.结果表明:利用掺铒光纤对光脉冲进行自相似传输,可得到含线性频率啁啾的高能量自相似光脉冲;自相似光脉冲经过空芯光子带隙光纤的一级线性压缩和高非线性光纤的二级非线性压缩,可获得高峰值功率的飞秒光脉冲;压缩过程中存在最佳光纤长度;喇曼自频移和自陡效应对脉冲压缩产生不利影响.     

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.     

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。     

Temporal Soliton Propagation in Nonlinear Fiber Gratings

Reccntly,thec]9ctrol13:lgrlcticProPcl'ticsinn0nIinearpcriodicstructurchavebcenexten-sively8tudiedW.ChenandD.L.A/[illsdeIn0nstratedthecxisting0fs0-cal1cdgaps0litoninnon1inearpcri0dicstructure[1J,thcsegapsolit0nsarespatiaIs0lit0ns.'Latterstudiesshowedthatthegaps0litonis0nlyakind0fspecialcflsc0fBraggs0Iiton\\'hichcanm0vewithanyve-locitybelox\'t[1egroLlpvcI0city[2,3j.Thcse.solit0nscxistinthcresonantcase,i-e-,thestr0ngcouplingbctxvcentt1cfor\\':lI'<1112odcanLIthcback\\'ardm0dc.Inthiscasc,the…     

飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱产生

采用分步傅里叶方法数值模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生. 计算和分析了高阶色散和非线性效应对超连续谱形状和带宽的影响. 结果表明在光子晶体光纤中产生了孤子自频移现象. 同时也发现脉冲内拉曼散射和自相位调制的联合作用导致了超连续谱中精细结构的出现. 另外，还发现高阶色散和初始光脉冲的峰值功率对超连续谱的带宽和平滑也有直接影响. 关键词： 光子晶体光纤 孤子自频移 超连续谱     

色散补偿和色散位移光纤实现光脉冲压缩

根据超短光脉冲在光纤中传输的非线性薛定谔方程，模拟了不同色散参量情况下色散补偿和色散位移光纤对增益开关半导体激光器产生的光脉冲的压缩，给出了光脉冲在经过色散补偿光纤前后的啁啾曲线。结果表明，使用色散参量D分别为-150，-180和-20ps/(nm·km)的色散补偿光纤可以实现其他脉冲压缩方法的压缩效果，最大压缩因子达到6.09，但色散参量越大，所需光纤长度就越短。此外，脉冲经过色散补偿光纤后线性啁啾几乎为零。还利用色散位移光纤对脉冲进行孤子压缩，脉冲宽度由最初的45ps减小到1.23ps。指出采用这2种光纤相结合的方法可以对光脉冲实现高效压缩。