发散光束抽运的宽带光参量啁啾脉冲放大系统的理论研究

对发散光束抽运的光参量啁啾脉冲放大器的增益带宽进行了系统的理论研究.采用空间傅里叶变换和四阶Runge-Kutta算法，分别模拟了非衍射极限情况下的高斯光束和空间频谱为矩形的发散光束作为抽运光时的增益曲线.结果表明：不管是在可见光或是在近红外光谱区，用发散光束均可以明显地改善光参量啁啾脉冲放大系统的增益带宽.选取合适的发散角和抽运光强，可以获得高增益、宽谱带的信号光输出. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 增益带宽 发散角 高斯光束     

光纤参变放大器光纤长度的优化设计

随着高输出功率掺铒光纤放大器和高非线性光纤的出现和使用,光纤参变放大器(OPAs)中出现了越来越多的增益饱和现象,这是光放大器中应该尽量避免的。对此,提出了依据光纤参变放大器的光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率等参量对光纤长度进行优化设计的解决思路。明确提出最佳光纤长度的概念,即在其他参量一定的情况下使信号增益或信号输出功率达到最大所需的最小光纤长度,而且最佳光纤长度有利于提高光纤参变放大的增益带宽和波长转换带宽。通过数值积分求解描述光纤参变放大过程的非线性耦合方程,并运用控制变量法深入研究了最佳光纤长度与光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率的关系。最后用最小二乘法进行数据拟合确定系数,得到简洁、实用的最佳光纤长度解析表达式。与已有实验结果比较表明,该解析式可很好地用来计算和优化光纤参变放大的光纤长度。     

反向抽运光纤喇曼放大器增益特性分析

将打靶法和龙格库塔法两种数值计算方法相结合，对反向抽运光纤喇曼放大器中信号光和抽运光相互作用的耦合微分方程进行数值求解.在分别选取不同参量且取不同值的条件下，详细分析了光纤长度、初始信号光功率、初始抽运光功率、光纤有效面积、喇曼增益系数及光纤对信号光与抽运光的损耗等参量对增益的影响，最后提出了有效提高增益的方法.     

非单色光抽运的光参量啁啾脉冲放大的带宽及增益特性研究

采用傅里叶变换的方法将脉冲光分解成不同的频率成分,建立了非单色光抽运的光参量放大耦合方程组的数值求解模型.研究了非单色抽运光对光参量啁啾脉冲放大的小信号增益、大信号增益以及增益带宽的影响.非单色抽运光降低参量放大的增益水平,但同时可提高增益带宽,且抽运光谱宽越宽,对增益带宽的提高作用越大.还进一步从相位失配和参量带宽的角度分析了非单色抽运光使参量放大的增益降低、带宽增大的原因. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 非单色光 增益带宽 飞秒激光     

增益竞争双波长放大单频光纤放大器理论研究

引入增益竞争是抑制单频光纤放大器中受激布里渊散射(SBS)的有效方式. 在单频光纤放大器的基础上, 推导了描述增益竞争双波长放大单频掺镱双包层光纤放大器的稳态速率方程组, 建立了增益竞争双波长放大单频光纤放大器的理论模型; 利用建立的理论模型模拟分析了信号光波长间隔、 信号光种子功率比、 抽运方式和增益光纤长度等因素对放大器的单频激光输出 效率以及SBS抑制效果的影响.     

双向抽运拉曼光纤放大器性能的研究

对双向抽运拉曼光纤放大器(RFA)的噪声特性、增益饱和及抽运功率转换效率进行了详细研究。结果表明,双向抽运拉曼光纤放大器的噪声特性介于前向抽运与后向抽运之间,但主要取决于前向抽运方式所导致的噪声特性;双向抽运方式的饱和功率低于单向抽运方式的饱和功率,同前向抽运与后向抽运提供的增益比例有关;双向抽运方式的抽运功率转换效率同信号光功率及前、后向抽运提供的增益有关,当信号光功率较低时,增加前向抽运的比例可取得较高的抽运功率转换效率,而信号光功率较高时,增加后向抽运的比例可取得较高的抽运功率转换效率。研究一种配置(情况3)的双向抽运拉曼光纤放大器,可以完全补偿100km传输线路的损耗(包括无源器件的损耗),最低光信噪比为30．21dB。     

高质量高效率高稳定性参量放大光产生的研究

针对光参量放大实验中存在的参量转换效率低、输出光脉冲形状畸变和输出稳定性差等问题进行了详细研究，对注入信号光强、抽运光耗尽、增益饱和、和频过程等因素对参量过程的影响进行了详细分析讨论，并进行了光学参量放大的实验研究.理论和实验研究结果表明通过优化选择合适的注入信号光强、抽运光强和晶体长度等参数，使参量放大运行在深度增益饱和状态的稳定区，完全可以获得高质量高效率高稳定性的参量放大输出光. 关键词： 光参量放大 抽运光耗尽 增益饱和 稳定性     

基于高非线性光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器研究

针对光纤通信中密集波分复用系统各信道的在线平坦光放大这一光通信问题,提出利用级联高非线性光纤来设计增益平坦的拉曼光纤放大器。对高非线性光纤(As S光纤)拉曼增益谱前后沿进行线性拟合处理,利用不同波长泵浦抽运同种光纤,实现前放大后增益补偿,并考虑信号光损耗不同,在输出端得到了一个近似固定的功率输出值,并分析了影响拉曼光纤放大器输出特性的因素。模拟结果表明:平均增益为20.45 dB,增益平坦度为0.15 dB。     

光纤中基于双宽带抽运的受激布里渊散射增益谱展宽及慢光传输中脉冲失真减小的理论研究

分析了单模光纤中双宽带抽运的受激布里渊散射 （stimulated Brillouin scattering,SBS） 光速减慢效应.模拟了两高斯型宽带抽运光同时作用下的SBS增益谱和损耗谱,提出了一种获得均匀增益谱的方法.由于较强抽运光增益谱的中心频率与较弱抽运光损耗谱的中心频率相重合,通过调节较弱抽运光的功率和谱宽,能够部分地抵消掉较强增益谱的顶部从而构建出平坦的增益谱.研究了该平顶增益情形下信号脉冲畸变的性质.与单宽带抽运下脉冲畸变的对比表明,这种产生平顶增益谱的方法能有效地减小脉冲畸变. 关键词： 慢光 受激布里渊散射（SBS） 单模光纤 脉冲失真     

光纤参量放大增益谱边带快慢光特性研究

针对窄带光纤参量放大(FOPA),区别于以往增益谱的大增益斜率区域,研究了FOPA增益谱边带脉冲信号的快慢光特性.首先从理论上推导出了小信号增益条件下信号延时量的解析表达式;其次,在低抽运功率条件下(1 W),实验研究了10 Gb/s伪随机二进制序列脉冲信号在FOPA增益谱边带的延时特性,实验结果与理论计算基本符合;最后,通过分析研究抽运光功率、光纤色散及非线性系数等参数对信号延时量的影响规律,可以为FOPA增益谱边带的快慢光延迟线的设计提供参考.     

Saturation behavior of a one-pump fiber optical parametric amplifier in the presence of the fourth-order dispersion coefficient and dispersion fluctuation

The influence of the fourth-order dispersion coefficient on the behavior of parametric gain and saturation power of a one-pump fiber optical parametric amplifier over a signal wavelength span in the presence of fiber random dispersion fluctuations was investigated. The output signal power for the parametric gain calculation was obtained by numerically solving the three-coupled amplitude equations. Based on the calculations of the parametric gain over a variation of the signal wavelength, it is found that the saturation power behavior is dependent on the behavior of parametric gain. The manipulations of signal wavelength and the fourth-order dispersion coefficient changed the phase-matching condition, thereby affecting the resulting parametric gain and saturation power.     

双泵浦光子晶体光纤参量放大研究

利用光子晶体光纤在不同零色散波长附近具有不同色散的特性，研究了在零色散波长为780 nm和1550 nm附近的双泵浦光子晶体光纤参量放大过程.在780 nm附近，讨论了零色散波长变化对双泵浦光子晶体光纤参量放大的影响.数值模拟结果表明:当零色散波长发生微小的变化时，信号增益谱带宽会发生很大的变化.当两泵浦光之间的波长差值减小时，零色散波长的变化对参量放大的影响在很大程度上可以得到抑制，但是增益带宽会有一定的减小.依据这一原理，在1550 nm附近设计光子晶体光纤中的色散平坦光纤参量放大，在5 m长的光子晶体光纤中，当峰值功率为10 W时，得到了增益为65 dB，带宽达到420 nm且极为平坦的增益谱.     

Optimized design of two-pump fiber optical parametric amplifier and its noise characteristics

In the paper, based on the pump depleted model of two-pump fiber optical parametric amplifier (FOPA), the simulations are done to indicate the effect of amplifier parameters on gain characteristics, such as the input signal power, the wavelength separation between the two pumps, the fiber length, the nonlinear coefficient and the fourth-order dispersion of fiber. By optimizing the amplifier parameters, when FOPA attains low gain-saturation, the FOPA has a higher gain, a broader flat gain bandwidth and a lower noise figure. However, with the enhancement of gain-saturation the parametric gain decreases, the flat gain bandwidth becomes narrow and the noise figure also increases.     

光参量啁啾脉冲放大增益特性研究

 通过对非线性三波耦合方程组进行数值求解，研究了光参量放大的增益特性及饱和放大特性。给出了泵浦光、信号光参数对参量增益的影响及其与晶体饱和长度的关系。且OPA具有传统CPA系统所不具有的优点，将有可能取代传统的CPA系统而作为超短超强激光系统的新型前端。     

The effect of phase mismatch on two-pump fiber optical parametrical amplifier

In the paper, the effect of phase mismatch on two-pump fiber optical parametric amplifier is investigate based on analytic solutions of parametric gain. The phase mismatch is mainly induced by the fiber losses, the fourth-order dispersion and zero-dispersion wavelength fluctuations. The fiber losses reduce the pump powers resulting in a fall of the parametric gain, and make the phase mismatch vary with propagation distance leading to an obvious gain ripple. When the fiber losses are taken into account, the fourth-order dispersion produces a deeper ripple on the parametric gain and deteriorates the gain flatness. Zero-dispersion wavelength fluctuations result in variations of gain spectrum, and the long-scale fluctuations are more devastating than the short-scale ones.     

Transformation of the probability density function in an optical parametric amplifier: Application to rogue-wave-like statistics

We study how the probability density function of a weak seed intensity is transformed in a nonlinear process such as optical parametric amplification. The character of the transformation strongly depends on the amplification regime accessed: in the small-gain (undepleted-pump) regime the statistics of the seed are transferred to the statistics of the amplified signal almost unaltered. In contrast, in the gain saturation regime the modification of the statistics is considerable. In particular, we demonstrate that rogue-wave-like (long-tailed) statistics of the seed are completely suppressed, and resulting probability distribution function of the amplified signal becomes Gaussian. The theoretical findings are supported by the experiments carried out in supercontinuum-seeded noncollinear optical parametric amplifier.     

光参量啁啾脉冲放大中时间同步抖动对增益稳定性的影响

 在考虑了光参量啁啾脉冲放大中的脉冲波形、相位失配和时间同步抖动情况下，给出了计算光参量啁啾脉冲放大增益特性更为完善的三波耦合理论模型。并在1 ns的时间同步抖动情况下，对比分析了光参量放大在小信号放大及饱和放大时的增益稳定性。光参量放大的时间同步抖动对增益影响非常大,使放大信号光脉冲的增益光谱发生了明显的偏移，波形不对称和整个增益降低；并且信号光光谱越宽，光参量放大间的时间同步抖动对其增益影响越严重；但随着参量放大增益饱和的出现和加深，信号光和抽运光之间的同步时间抖动对放大信号光的输出强度影响减弱，即在饱和放大处可以获得更稳定的放大信号光输出。     

Two-pump fiber optical parametric amplifiers with three-section fibers allocation

Based on the theory model of two-pump fiber optical parametric amplifier with single-section fiber allocation (FOPA-SF), a new two-pump fiber optical parametric amplifier with three-section fibers arrangement (FOPA-TFs) is put forward, which can provide gain bandwidth of more than 405 nm with optimum fiber parameters calculated by genetic algorithm. The numerical simulation is performed to investigate the influence of pump wavelength allocation on the gain spectrum of FOPA, and it is found that the smaller wavelength separation between the two pumps (Δλ) can provide more uniform gain over a relatively wide bandwidth. Moreover, the gain ripple owing to random fluctuations of zero-dispersion wavelength (ZDW) can be improved to a large extent by reducing pump separation Δλ.     

1410 nm波段分布式光纤拉曼增益放大器的研究

讨论了分布式光纤拉曼增益放大器的工作原理,采用1320nm固体激光器作为抽运源,获得了1410nm波段附近的光放大,在单模GI光纤长度为23km时,初步研究了拉曼放大器增益与光纤作用长度的关系,抽运脉冲峰值功率分别为50W、30W时,光纤的有效作用长度分别为15．5km和10.5km;研究了在不同的光纤有效作用长度时,拉曼放大器增益与抽运功率的关系;从光纤拉曼光谱图估算了光纤拉曼放大器的光谱宽度为50nm或250cm^-1。     

第Ⅰ类BBO晶体中的参量荧光空间特性理论研究

 采用第Ⅰ类相位匹配BBO晶体的放大传递函数方法,分别对光参量放大过程中单波长信号光注入和多波长信号光注入出现的参量荧光的空间特性进行了详细的理论研究。结果表明:一方面单波长信号光注入时,在某一特定的非共线角和相位匹配角下,它是以泵浦光为中心,呈锥形分布的,而在其它相位匹配区域内,则呈环形分布;另一方面,在多波长信号光入射情况下,参量荧光的光谱在某一特定的相位匹配角下集中分布在很宽的范围内,而在其余相位匹配区域内,参量荧光光谱呈分散分布状态。该结论对于光参量放大中三波群速失配的补偿,高增益和窄脉冲宽度的参量光的产生以及对于参量荧光的控制提供了理论依据,并且对于近年来量子图像处理和量子通讯等领域所关注的纠缠光场的产生也具有参考价值。