基于光子晶体光纤中的自相位调制的全光再生

利用高非线性光子晶体光纤中的自相位调制效应产生的超连续谱,理论上推导了超窄脉冲信号的再生机制。分别从频域和时域上形象的解释了脉冲再生的原理,该本再生方法可以适用于OTDM的信号再生。实验上对劣化了的脉冲宽度为1.7ps的携带信息的超窄脉冲信号进行了再生,再生之后的信号峰值均衡,消光比达到了15dB。再生前信号中心波长是1548.2nm,重复频率是9.96872GHz。实验中,在1554nm—1570nm和1530nm—1543nm范围内都可以得到10dB以上的再生质量。同时拟合了信号峰值功率和波长关系,得到的曲线和超连续谱曲线相吻合。     

光子晶体光纤中交叉相位调制光谱展宽特性研究

实验研究了超高速时分复用信号与探测光同向传输,在色散平坦高非线性光子晶体光纤中的交叉相位调制光谱展宽特性,从光谱学的角度分析了信号光波长漂移,泵浦光与信号光总功率及功率比,二者偏振态失配对交叉相位调制光谱展宽效应的影响,探讨了实现偏振不敏感交叉相位调制效应的可行性。研究发现,在36 nm波长范围,总功率大于23 dBm,泵浦光与信号光功率比合理,二者偏振态匹配时交叉相位调制效果最好,交叉相位调制的偏振相关性为11 dB,指出利用色散平坦高非线性光子晶体光纤中的残余双折射,调节泵浦光与光纤双折射主轴成45°,可以实现偏振不敏感交叉相位调制效应,随后的理论模拟和实验结果相一致。研究结果为实现基于交叉相位调制原理工作的超快全光信号处理器件作了充分准备。     

利用光子晶体光纤产生超连续飞秒激光光谱

将单脉冲能量约为2．5nJ、脉宽为25fs、对应峰值功率为0．1MW的的800nm钛宝石激光耦合到长为10mm，芯径为1．8μm的光子晶体光纤中，产生了耦合效率约为17％、谱宽覆盖可见光及近红外波段的超连续光谱。     

啁啾脉冲激光放大中的自相位调制效应

利用光与物质相互作用的半经典理论建立了啁啾脉冲激光放大的输运方程,数值分析了多程放大过程中自相位调制对啁啾脉冲时域特性和频域特性的影响研究结果表明,由于自相位调制引起附加频率啁啾产生,啁啾脉冲瞬时频率发生变化,放大特性受到影响.通过对增益饱和状态下自相位调制效应的研究,提出利用入射脉冲的线性频率啁啾抑制自相位调制的影响. 关键词：     

色散缓变光纤中初始啁啾对超高斯脉冲传输特性的影响

从非线性薛定谔方程出发,采用变分法,导出了色散缓变光纤中超高斯脉冲参数随传输距离的演化方程组及其解,讨论了初始啁啾对色散缓变光纤中超高斯脉冲传输特性的影响.求出了振幅与脉宽、频率与啁啾、脉宽与啁啾之间的三个解析约束关系,得出了脉宽随传输距离演化的解析解,用龙格-库塔法进行数值求解描绘了初始啁啾和脉冲前后沿锐度对呈指数变化的色散缓变光纤中超高斯脉冲的脉宽的影响.结果表明:初始嘣啾、色散缓变和脉冲前后沿锐度对超高斯脉冲的振幅、脉宽、唰啾和相位有直接影响,脉冲前后沿锐度对超高斯脉冲中心位置没有影响,超高斯脉冲传输过程中会产生唰啾,但脉冲中心的等效频率保持为常数.     

噪音对飞秒脉冲在光子晶体光纤中传输特性的影响

从非线性薛定谔方程出发,采用线性稳定性的分析理论和分布傅里叶的数值模拟方法,研究了噪音对飞秒脉冲在两个零色散波长光子晶体光纤中传输特性的影响和超连续谱的产生. 研究结果表明,在传输的初始阶段,无论有无噪音,频谱展宽的主要机制都是自相位调制;但噪音加快了脉冲的分裂,产生色散波所经历的传输距离比没有噪音时要短. 在传输的后续阶段,高阶孤子分裂产生基态孤子,与没有加入噪音时相比,噪音不仅减弱了孤子走离效应,而且还抑制了孤子自频移效应,使得从反常色散区转移至长波长处的能量变少.     

光子晶体光纤中飞秒激光脉冲传输研究

为更精细地描绘飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的传输和演化,用分步傅里叶方法求解广义非线性薛定谔方程(GNSE)的基础上,研究了光纤参量随脉冲峰值频移的变化.模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中传输和演化的过程.研究发现：光纤色散和强非线性对飞秒脉冲在光子晶体光纤中传输、演化以及超连续谱的展宽有很大影响.     

基于光子晶体光纤中脉冲俘获的超高速光开关

提出一种基于光子晶体光纤中脉冲俘获现象的超高速全光开关.信号脉冲处于正常色散区,它们彼此的时域间隔为1 ps.通过数值求解光子晶体光纤中脉冲传播满足的耦合非线性薛定谔方程,发现用孤子脉冲可俘获信号脉冲串中的任何一个脉冲,被俘获的信号脉冲的中心波长明显蓝移,在频域上和其他信号脉冲分离开来,于是让信号脉冲串在输出端通过布喇格光纤光栅,被俘获的信号脉冲将被过滤掉.数值模拟表明,用脉冲俘获实现的光开关响应速率可以达到1 THz.     

百皮秒脉冲放大中自相位调制效应实验研究

利用掺镱双包层光纤放大器对百皮秒单脉冲（重复频率1 Hz）进行了放大实验,分析了其放大过程中自相位调制对脉冲时域和频域特性的影响.采用小芯径（纤芯直径6.5 μm）掺镱双包层光纤作为增益介质,研究了放大器中从小信号增益到增益深度饱和整个变化过程中自相位调制引起的频谱展宽效应,并分析了SPM引起的脉冲波形和频谱光强分布的变化.采用布喇格光纤光栅扫描方法观察了其光谱的变化,解决了单脉冲光谱不易测量的问题.结果表明：区别于无源光纤中的自相位调制效应,随着抽运功率的增加,百皮秒脉冲放大过程中增益饱和效应和自相位调制效应的共同作用,使脉冲频谱分裂成不对称双峰结构,且光强分布先向短波后逐渐向长波集中.     

脉冲离散效应对光纤中基于交叉相位调制的脉冲压缩的影响

通过数值模拟，分析了脉冲离散效应对单模光纤正群速色区基于暗孤子交叉不相位调制的脉冲压缩的影响，并提出了减轻这种影响的办法，作者发现，即使暗孤子与被压缩脉冲的中心波长相差很小，离散效应对脉冲压缩的影响也很大，离散效应不仅导致脉冲压缩比的减小和压缩后脉冲峰值功率的降低，而且还导致脉冲压缩所需最佳光纤长度的增加以及压缩后的脉冲呈现不对称性，还发现，若采取本文提出了的非同步耦合法，则可以明显地弥补离散效应     

矩形孔光子晶体光纤

采用全矢量有限元方法和完美匹配层条件,研究了一种在光纤包层中引入矩形孔的光子晶体光纤,提出一种实现高双折射光子晶体光纤的方法.模拟结果表明矩形孔光子晶体光纤具有椭圆孔光子晶体光纤类似的高双折射特性,其双折射高达0.01的量级,两种光子晶体光纤的模场、双折射、约束损耗等特性基本类似.     

光子晶体光纤非线性系数的数值计算

针对全反射型光子晶体光纤在短波长处的横向电场分布特点,在忽略空气孔内极为微小的电场影响下,将光纤等效为阶跃型光纤,导出一种新的计算有效折射率的方法.结合Sellmeier公式推出光子晶体光纤的非线性系数与其两个几何结构参量和波长的简洁解析关系.对非线性系数随着这些参量的变化进行了数值计算与讨论,得出非线性随着空气孔直径或空气孔直径与孔间距比d/Λ值的增大成指数上升的规律.在波长为0.55 μm和0.85 μm时,非线性系数分别可高达3.5和2.54 m－1W－1.     

混合纤芯光子晶体光纤超平坦色散的研究

利用平面波展开法,系统地研究了一种具有混合纤芯结构的光子晶体光纤的色散特性. 数值计算结果表明,通过优化结构参量,这种新型结构的光子晶体光纤在通信窗口1.55 μm 附近可以获得带宽超过800 nm的超平坦色散区域（色散曲线的变化范围不超过 ±0.6 ps·km－1·nm－1）.     

基于小圆孔结构纤芯的高双折射光子晶体光纤

为了实现高双折射光子晶体光纤,提出了一种在纤芯中引入微小圆孔的方法.利用全矢量有限元方法和完美匹配层条件研究了基于圆孔微细结构纤芯的光子晶体光纤的双折射特性.讨论了纤芯圆孔数量、孔径、间隔距离对光纤双折射特性的影响;设计了一种双折射达到10－2量级的光子晶体光纤.模拟结果表明采用三个以上圆孔可以获得较大的双折射,增大外包层数目可以有效减小约束损耗.     

光子晶体光纤布拉格光栅传输谱特性的分析

研究光子晶体光纤中光纤光栅的传输谱特性对于研制基于光子晶体光纤的光纤光栅器件有着重要的意义。结合耦合模理论和光束传输相关函数方法,对一种典型光子晶体光纤中的布拉格光栅(FBG)传输谱进行了理论分析。比较了光子晶体光纤中布拉格光栅与常规布拉格光栅的传输谱。数值分析了光纤截面结构变化对于光栅传输谱的影响,并给出这种影响的定性解释。计算结果显示,与常规光纤光栅相比,包层模共振引起的损耗峰与正反向纤芯模耦合引起的损耗峰可以相比拟,而包层模共振的间隔也比常规光纤中光纤光栅的包层模共振间隔要大。同时给出了晶体光纤截面上空气孔的占空比,空气孔的排布层数对于传输谱影响的规律。     

泵浦波长对光子晶体光纤产生超连续谱的影响

采用钛宝石光参量放大器作为泵浦源,利用其输出波长可调谐性,研究了不同泵浦波长对光子晶体光纤中产生超连续谱的影响,结果表明光子晶体光纤中零色散点处的群时延和1.4 μm处的OH根离子的吸收对超连续谱的平坦度影响很大,并且泵浦波长离光纤的零色散点越远,产生的超连续谱平坦度越差,甚至在可见光区产生的各个频率峰还只是分离的,没有形成超连续谱.当泵浦波长为1.2 μm时,获得了带宽为300 nm~1350 nm的超连续谱,谱宽超过了两个倍频程.     

基于椭圆孔微结构纤芯的高双折射光子晶体光纤

提出了一种在纤芯引入微小椭圆孔实现高双折射光子晶体光纤的方法.采用全矢量有限元方法和完美匹配层条件,依次研究了光子晶体光纤在纤芯中引入单个、双个、三个微小椭圆孔情况下的双折射特性.模拟结果表明,纤芯微小椭圆孔主导了光子晶体光纤的双折射特性,其参量及个数对双折射有着重要的影响,增大椭圆面积、椭圆率可以进一步提高光子晶体光纤的双折射.最后设计和研究了一种采用三环阵列椭圆孔微结构纤芯的光子晶体光纤,其双折射可以达到2.7×10－3.     

压缩型双缺陷椭圆孔光子晶体光纤

提出了一种通过横向压缩普通圆孔光子晶体光纤,得到双缺陷椭圆孔光子晶体光纤的方法.所提出的双缺陷光子晶体光纤具有高双折射率,采用全矢量有限元方法和各向异性介质完美匹配层方法对该光子晶体光纤的双折射特性和约束损耗特性进行了研究.理论模拟结果表明所提出的光子晶体光纤的双折射率可以达到10－2量级.     

带隙型光子晶体光纤的泄露谱分析

利用光束传播法对带隙型光子晶体光纤（photonic crystal fiber, PCF）的泄露谱进行了数值分析.结果表明：PCF泄露谱往往具有多个带隙;泄露谱对PCF结构的变化异常敏感,泄露峰值波长和带隙波长不但与空气孔周期有关,还受空气孔直径的影响;由于PCF的空气孔内可填充液晶,泄露特性对液晶折射率的变化极其敏感,当液晶折射率增大时,峰值泄露波长和带隙波长都向长波漂移.     

光子晶体光纤中调制不稳定现象与超连续光谱的产生

研究了光子晶体光纤中调制不稳定性效应.从非线性薛定谔方程出发，计算和分析了光子晶体光纤中反常色散区以及正常色散区内的调制不稳定性现象，详细讨论了超短脉冲的脉宽、峰值功率、高阶色散和高阶非线性效应（如脉冲内喇曼散射、自陡峭效应）对调制不稳定性产生的影响.结果表明：二阶色散对调制不稳定性的影响要远大于三阶色散，同时也发现随着初始脉冲宽度的减小，调制不稳定性旁瓣增大但是强度有所降低.另外还发现高阶非线效应如自陡峭和喇曼效应会在不同程度上抑制调制不稳定性.