光传输、通信理论

TN9112007010703光脉冲在标准单模光纤中演化形成孤子的实验研究=Ex-peri mental research on soliton evolution of optical pulses instandard single-mode fiber[刊,中]/刘山亮(聊城大学光通信研究所.山东,聊城(252059)),郑宏军//光学学报.—2006,26(9).—1313-1318利用二次谐波频率分辨光学门脉冲分析仪从实验上分析研究了具有啁啾的10GHz光脉冲在不同输入功率下演化形成孤子的规律和特点。实验发现:输入脉冲在光纤中传输3.5个色散长度时,其时间宽度、频率啁啾和时间带宽积都随着输入功率的增加而减小。当输入功率大于一阶孤子功率的…     

初始啁啾对双曲正割光脉冲线性传输特性的影响

采用分步傅里叶方法数值研究了初始线性啁啾和非线性啁啾双曲正割光脉冲在单模光纤反常色散区的线性传输特性，并与啁啾高斯脉冲的线性传输特性作了比较.给出了双曲正割光脉冲频谱宽度和时间带宽积随初始线性啁啾变化的表达式.结果表明，双曲正割脉冲在线性啁啾|C|>0.1时随传输距离的增加逐渐演化成近高斯型，在0≤|C|≤0.1时最后将演化为近双曲正割脉冲.|C|越小，脉冲时域波形越趋近双曲正割曲线.负啁啾对脉冲时域展宽的影响比正啁啾要大得多.当|C|≥0.5时，初始啁啾对双曲正割光脉冲展宽的影响比对高斯脉冲的影响更大.非线性啁啾双曲正割光脉冲在线性传输过程中会出现时域波形分裂现象，比具有相同啁啾的高斯脉冲时域波形分裂严重. 关键词： 频率啁啾 双曲正割光脉冲 线性传输 时域波形分裂     

亚皮秒啁啾孤子在凸形色散与线性色散平坦光纤中的传输特性比较

提出采用凸形色散平坦光纤(DFF-CVDP)传输亚皮秒啁啾孤子,利用分步傅里叶方法数值研究了亚皮秒啁啾孤子在DFF-CVDP中的传输特性,并与在线性色散平坦光纤(DFF-LDP)中的传输特性做了比较。结果表明,孤子脉冲在上述两种光纤中传输时,光纤损耗导致了孤子脉冲宽度随传输距离增加稍有展宽,脉冲方均根谱宽随传输距离增加逐渐减小。在DFF-LDP中,脉冲展宽更快,正啁啾对脉冲展宽的影响比负啁啾的影响更大,正啁啾对应的方均根光谱比其他情况下的宽得多。啁啾脉冲时域宽度随传输距离增加出现了衰减振荡,振荡周期和振幅随啁啾参量|C|的增加而增大。光孤子脉冲在两种光纤中传输时域波形保持不变,仍具有孤子特性。在DFF-LDP中,3β使得脉冲光谱红移从而诱导了脉冲时延,负啁啾减弱了3β的作用,正啁啾加强了β3的影响。在DFF-CVDP中传输可以忽略3β的影响。     

三五阶非线性下啁啾超高斯脉冲的啁啾和频谱

利用三五阶非线性效应下的扩展非线性薛定谔方程,在忽略光纤色散的情况下,计算模拟了以二阶情形为例的啁啾超高斯光脉冲的啁啾和频谱。结果表明,脉冲无预啁啾时,正五阶非线性增大啁啾量,负五阶非线性在减小啁啾量的同时还改变啁啾曲线的形状。当预啁啾与五阶非线性系数同(异)号时,总啁啾增加(减小)。随着超高斯脉冲阶次的增大,总啁啾量增大,脉冲中心附近无啁啾的范围变宽,整个有啁啾的范围变小,总啁啾中预啁啾所占比重增大。脉冲无预啁啾时,正负五阶非线性分别可以增大和减小频谱展宽。预啁啾若增强非线性所致啁啾,则可能使频谱峰值结构加强,谱峰数目增多。当超高斯光脉冲的阶次或最大非线性相移增大时,在某些宽大的频谱峰上还可能出现许多精细谱峰。     

负五阶非线性下预啁啾高斯光脉冲的啁啾和频谱

为探究光纤负五阶非线性和光脉冲预啁啾对高斯光脉冲频率啁啾和频谱的综合影响,在忽略光纤色散的情况下,利用包含三五阶非线性的扩展非线性薛定谔方程,计算和分析了啁啾高斯脉冲的频谱和总啁啾。结果表明,脉冲无预啁啾时,负五阶非线性的存在可使脉冲频率啁啾的形状由单“S”形变为双“S”形,并使脉冲的中心附近由正啁啾变为负啁啾。此外,负五阶非线性的存在使预啁啾对脉冲频谱的影响发生了较大的变化。预啁啾与非线性所致啁啾叠加后对脉冲频谱的谱峰数目影响较小,而对能量在各个谱峰上的分布影响较大,在某些最大非线性相移下,甚至会出现总啁啾减小使谱峰值数目增加的情况。该研究对光开关、光脉冲压缩以及光纤通信系统等领域的深入发展具有一定的指导意义。     

高斯脉冲在半导体光放大器中传输的解析表征

采用解析方法,在考虑材料损耗和色散的情况下,详细研究了无啁啾高斯脉冲和啁啾高斯脉冲在半导体光放大器中传输的物理过程,分析了强度增益、脉冲宽度和频率啁啾与线宽增强因子、色散系数、小信号增益特征参数及初始啁啾之间的关系。结果表明:当输入变换极限的高斯脉冲时,色散会引起增益压缩,脉冲展宽和频率啁啾;同样情况下,线宽增强因子越大,脉宽加宽越明显,输出脉冲啁啾越大,且随着线宽增强因子的增大,输出脉冲啁啾极大值向特征参数值较小的一边移动。当输入啁啾高斯脉冲时,初始脉冲啁啾越大,增益压缩越明显,啁啾系数为正时,脉冲单纯展宽,输出啁啾随特征参数的增大而逐渐减小,啁啾系数为负时,初始啁啾与群速度色散导致的啁啾相互竞争,致使脉冲先被压缩后被展宽;脉冲最窄处对应的特征参数随线宽增强因子的增大而先增大后减小,输出啁啾随特征参数的增大而经历振荡后趋于平稳。     

用变分法研究高阶色散和五阶非线性对高斯脉冲在光纤中传输特性的影响

从修正的非线性薛定谔方程出发,采用变分法,导出了在高阶色散和五阶非线性共同作用情况下高斯型脉冲参量随传输距离的演化方程组;求出了振幅与脉宽、频率与啁啾、脉宽与啁啾之间的三个重要约束关系;并进一步得出了脉宽随传输距离演化的解析解和脉冲中心位置随传输距离的演化规律;描绘了高阶色散和五阶非线性下,脉宽随传输距离演化的图形.结果表明:光纤中的高阶色散和五阶非线性都会影响高斯型脉冲各个参量的演化,但脉宽和振幅间的绝热关系并未改变.高阶色散使高斯型脉冲的脉宽展宽,五阶非线性使高斯型脉冲的脉宽压缩,它们对脉宽或初始啁啾的影响可以在一定程度上抵消,从而有可能使脉冲近似实现保形传输.     

色散平坦渐减光纤中非线性啁啾脉冲的传输及超连续谱的产生

基于非线性薛定谔方程,数值研究了色散平坦渐减光纤中非线性啁啾脉冲的传输及超连续谱的产生。研究结果表明,初始啁啾对脉冲传输及超连续谱产生的影响与泵浦条件和光纤参量的选取有很大关系。当色散平坦渐减光纤具有小的归一化二次色散系数时,适当的正啁啾能显著增强超连续谱的带宽,而负啁啾和太大的正啁啾抑制超连续谱的带宽。能增强超连续谱带宽的正啁啾有一个较宽的范围,但随着输入脉冲孤子阶数的降低,该范围将变窄。当色散平坦渐减光纤具有大的归一化二次色散系数同时输入脉冲为低阶孤子时,初始啁啾对超连续谱带宽的增强效果不明显,初始啁啾接近为0时可产生最宽的超连续谱。     

皮秒脉冲在零平均色散光纤链中传输的数值模拟

基于一种二阶和三阶色散都作了完全补偿(路径平均色散为零)的光纤级联系统模型,用数值法对1ps脉宽的高斯光脉冲长距离传输作了数值模拟.结果表明:这种完全补偿的高阶色散控制系统消除了三阶色散引起的脉冲边沿部的振荡,减弱了脉冲峰的时间移动.在不同的入上分别给输入脉冲附加以最佳的频率啁啾,可使得光脉冲的宽度`啁啾及振都围绕在初始值附近波动,在每个补偿端末基本恢复到初值,从而形成光脉冲的推稳定传输.功率增大,稳定传输的距离减小.预啁啾和零平均色散传输并不能完全消除脉冲峰的时间移动。累积的脉冲峰移与预啁啾无关,随功率增大而增大。脉宽的变化与功率和预啁啾都相关。另外,我们也考察了掺饵光纤放大器EDFA的噪声在该系统中引起的时间抖动特性。     

级联单模光纤中初始啁啾对高阶孤子脉冲压缩的影响

采用两段级联单模光纤对高阶孤子脉冲进行压缩。两段光纤具有不同的反常色散值,当高阶孤子脉冲在第一段光纤中获得最大程度压缩时,通过转换色散值不同的光纤,使压缩脉冲继续以高阶孤子的形式在第二段光纤中再次被压缩。每段光纤的长度都进行了优化,使得脉冲在每段光纤中都获得最大程度的压缩。基于非线性薛定谔方程,数值研究了初始啁啾对高阶孤子脉冲压缩的影响。研究结果表明,初始啁啾对高阶孤子脉冲的压缩有重要影响。与无初始啁啾时的情形相比,正的初始啁啾能增强每段光纤中脉冲的压缩效果,降低压缩脉冲的基座能量,而负初始啁啾的影响则相反。随着初始啁啾参量Cp的增大,脉冲在每段光纤中的压缩因子均增加,而基座能量、最优光纤长度均减小。     

Effects of initial frequency chirp on the linear propagation characteristics of the exponential optical pulse

In this paper, the linear propagation characteristics of the exponential optical pulse with initial linear and nonlinear frequency chirp are numerically studied in a single mode fibre for \be₂<0. It can be found that the temporal full width at half maximum and time-bandwidth product of exponential pulse monotonically increase with the increase of propagation distance and decrease with the increase of linear chirp C for C<0.5, go through an initial decreasing stage near \zeta=1, then increase with the increase of propagation distance and linear chirp C for C\geq0.5. The broadening of pulses with negative chirp is faster than that with positive chirp. The exponential pulse with linear chirp gradually evolves into a near-Gaussian pulse. The effect of nonlinear chirp on waveform of the pulse is much greater than that of linear chirp. The temporal waveform breaking of exponential pulse with nonlinear chirp is first observed in linear propagation. Furthermore, the expressions of the spectral width and time-bandwidth product of the exponential optical pulse with the frequency chirp are given by use of the numerical analysis method.     

Supermode-noise-free eighth-order femtosecond soliton from a backward dark-optical-comb-injection mode-locked semiconductor optical amplifier fiber laser

A backward dark-optical-comb-injection mode-locked semiconductor optical amplifier fiber laser (SOAFL) with a femtosecond pulse width and an ultrahigh supermode-noise suppressing ratio (SMSR) is primarily demonstrated. The mode-locked SOAFL pulse with a spectral linewidth of 0.45 nm is shortened from 15 to 8.6 ps under chirp compensation in a 420 m long dispersion-compensated fiber, corresponding to a time-bandwidth product of 0.48. The eighth-order soliton is obtained by the nonlinearly soliton's compression of the chirp-compensated SOAFL pulse in a 112 m long single-mode fiber at an input peak power of 51 W, providing the pulse width, the linewidth, and the nearly transform-limited time-bandwidth product are <200 fs, 13.8 nm, and 0.34, respectively. The phase noise and integrated timing jitter at an offset frequency below 1 MHz are -105 dBc/Hz and 0.8 ps, respectively. An ultrahigh pulse-compression ratio of 43 and a SMSR of 87 dB for the eighth-order SOAFL soliton are reported.     

Femtosecond soliton generation induced by intrapulse stimulated Raman scattering in optical fibers

ＦｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｓｏｌｉｔｏｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙｉｎｔｒａｐｕｌｓｅｓｔｉｍｕｌａｔｅｄＲａｍａｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｉｎｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓＣＡＯＷｅｎｈｕａ；ＬＩＡＯＣｈａｎｇｊｕｎ；ＧＵＯＱｉ；ＺＨＡＮＧＹｏｕ；...     

非线性色散渐减光纤中高峰值脉冲的激发和传输

本文基于变系数的非线性薛定谔方程,数值地讨论高峰值脉冲在色散渐减光纤中的激发和传输。首先,基于变系数非线性薛定谔方程的Peregrine孤子解,解析和数值地讨论精确的Peregrine孤子在色散渐减光纤中的传输特性。其次,通过输入不同的平面波背景上的局域脉冲,研究高峰值脉冲在非线性色散渐减光纤中的激发和传输。结果显示Peregrine孤子在色散渐减光纤中传输时,会产生一个空间和时间都局域化的高峰值单脉冲,并且当啁啾为负时,脉冲的幅值增加,脉宽被压缩。若光纤系统存在增益,脉冲的幅值也会增加。由于非线性光纤中的调制不稳定性过程,不同平面波背景上的小局部扰动都可激发出高峰值脉冲,除了峰值和宽度略有不同外,激发脉冲的形状几乎相同。     

Propagation characteristics of chirped soliton in periodic distributed amplification systems with variable coefficients

Propagation characteristics of chirped soliton in periodic distributed amplification systems with variable coefficients are investigated by using the split-step Fourier method. The soliton pulse still maintains soliton characteristics after propagation in the system. The shape of output spectrum is still with a single peak. The temporal FWHM of an unchirped soliton performs a slight oscillation with the increase of propagation distance. The oscillation amplitude is slightly increased with the increase of the gain or loss parameter σ. The chirped soliton is obviously and periodically compressed and broadened with the increase of propagation distance in the system. The lager the value of chirp parameter |C| and σ is, the greater the variation of temporal width with the distance is. The effect of chirp on temporal width of soliton in a amplification system is greater than that in a loss system. Three types of numerical experiments show that the soliton with different perturbations can stably propagate along the fiber. In practical applications, one can obtain a suitable soliton pulse by controlling the parameters of the fiber system.     

Temporal and spectral properties of contra-propagating picosecond optical pulses in SOA

A useful analysis of contra-propagating optical pulses in semiconductor optical amplifier (SOA) is presented. Pulse temporal and spectral evolutions are investigated by resolving coupled equations describing pulse field propagation and SOA gain dynamics. With reference to the case of single pulse propagation, collision between pulses tends to maintain a good time-bandwidth product of amplified pulse and could provide a temporal compression by about 10% compared to pulse’s initial width.     

掺铒光纤环镜中超短光孤子的放大与压缩Ⅱ.环镜及输入脉冲特性对放大结果的影响

最近的研究发现,用掺铒光纤环镜放大并压缩超短光孤子不仅能避免常规掺铒光纤放大器中由于非线性效应引起的孤子畸变,而且可克服绝热放大技术中放大器长度随输入脉宽增大而指数规律增大的困难。进一步研究了环镜及输入脉冲特性对放大结果的影响。数值计算表明,对于确定的输入脉冲,当环镜参量(环镜长度、增益、耦合器功率耦合系数)在较大范围内变化时,环镜放大器的孤子输出性能基本稳定。对于确定的环镜,输入脉冲形状的变化、初始输入功率的起伏以及高阶效应等因素对放大结果的影响较小;相对而言,初始频率啁啾对输出孤子宽度的影响较大,但对输出孤子质量的影响并不严重。     

在光纤零群速色散区传输的光孤子波

通过对超短光脉冲在单模光纤中传输方程的分析研究,给出了在零群速色散传输方程的亮,反波解。结果表明,超短光脉中在光纤的零群群速色散仍能以亮,暗孤波的形式传输,且不存在孤子自频移现象。     

一维光学格子孤子的传输特性及控制研究

利用解析和数值方法研究了在具有横向折射率周期性调制的克尔型非线性介质中光学格子孤子的传输，得到了孤子参数的演化方程以及格子孤子的形成和稳定传输的条件.结果表明：当光束的入射角小于某临界角度时，光束可被类似波导形式的路径俘获而稳定传输，该临界角随折射率调制周期、调制深度的增加而增大，且光束越窄临界值越大.此外，线性空间啁啾虽然对光束传输的中心位置没有任何影响，但会导致光束发散从而破坏格子孤子的形成和稳定传输，对此提出了采用特定功率取值来补偿啁啾作用从而形成格子孤子的方案. 关键词： 光孤子 光学格子 光传输 矩方法