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。     

高功率掺镱双包层光纤放大器放大特性理论模拟

 运用掺镱双包层光纤放大器的理论模型，分析了连续和脉冲光放大时放大自发辐射(ASE)的计算方法。采用Runge-Kutta方法求解了考虑ASE稳态时掺镱双包层光纤放大器的放大特性，采用有限差分法求解了矩形、高斯和超高斯脉冲的放大特性。结果表明：用3 m长的双包层光纤、10 W的泵浦功率可以将脉宽3 ns、峰值功率为1 W的脉冲信号光峰值功率放大到15 kW左右；在饱和增益情况下，脉冲的波形变尖，宽度变窄；采用短的大模场双包层光纤和后向泵浦方式可以有效地降低ASE，并避免有害非线性效应。     

非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器的研究

对非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器进行了系统地分析和理论研究，用数值方法得出了非共线角、相位匹配角、增益和增益带宽之间的关系，给出了放大器设计的各种最优化参量。研究结果表明，这种参变放大器不仅可以实现较高的参变增益和获得极宽的增益带宽，还具有较大的参变允许角、较小的走离角和小的群速色散。因此这种参变放大器对于以纳秒级高功率激光作为抽运光，利用光参变啁啾脉冲放大（OPCPA）技术高效率参变放大飞秒脉冲产生10^12W甚至10^15W级的超强超短激光脉冲具有重要的意义。建立的理论模型具有普遍意义，也为其他类似的参变过程提供了重要的理论依据。     

与794nm飞秒激光精确同步的无直流背底的1064nm脉冲光的产生

基于非共线光参量放大(NOPA)，以宽带794nm飞秒激光的倍频光为抽运光，以连续的He-Ne激光为信号光，产生了与宽带794nm飞秒激光精确同步的无直流背底的1064nm的脉冲光.实验结果显示该1064nm的光脉冲可作为光参量啁啾脉冲放大系统的抽运激光链的种子光，从而实现用全光学方法实现OPCPA系统抽运光和信号光的精确同步.还将非共线光参量放大器置于经特殊设计的He-Ne激光腔内，也同样成功得到了无直流背底的1064nm的光脉冲.经一次光参量放大后所得到的1064nm光的光谱和空间啁啾特性与非共线光参量放大器置于He-Ne激光腔外时得到的1064nm的光脉冲相同，而其单脉冲能量约为腔外NOPA的10倍. 关键词： 非线性光参量放大 光参量啁啾脉冲放大 时间同步     

FEMLAB在模拟掺镱双包层光纤放大器脉冲放大特性的应用1

应用FEMLAB软件模拟掺镱双包层光纤放大器的脉冲放大特性.计算了在915 nm前向抽运下，光纤放大器中的上能级粒子数，抽运光和放大自发辐射在光纤中的稳态分布,以及高斯脉冲和方波脉冲的输出、能量及增益特性.与文献上的结果进行比较证明了该程序的有效性.     

脉冲抽运掺镱脉冲光纤放大器理论研究

对主振荡功率放大器(MOPA)方式脉冲抽运双包层掺镱脉冲光纤放大器进行了理论研究,分析了放大中抽运脉冲、激光脉冲和拉曼斯托克斯光脉冲的相互作用过程.对增益光纤中上能级粒子数密度随抽运时间的变化进行了分析,求出了最佳抽运脉冲宽度.随着抽运功率的增加,放大过程中出现的受激拉曼效应(SRS)将抑制激光脉冲能量的增加,当采用最佳抽运功率时激光脉冲的能量可达到最大值.分析了光纤长度、纤芯直径对最佳抽运功率、激光脉冲和一级斯托克斯光脉冲的影响.结果表明,当最佳抽运功率时,采用纤芯较粗、长度较短的增益光纤,可以抑制受激拉曼效应,提高激光脉冲的能量与峰值功率.     

旋光纤喇曼放大器中ASE噪音模型及仿真计算

通过分析旋光纤喇曼放大器中信号光、抽运光的非线性薛定谔波动方程及放大自发辐射噪音特性,提出一种能同时在旋光纤喇曼放大器中产生预计波形放大自发辐射噪音,又方便计算的方法.根据放大自发辐射噪音时域特性,建立并在波动方程中加入放大自发辐射非高斯噪音模型.在考虑旋光纤双折射的非线性效应同时,通过分步傅里叶法对波动方程求解,计算了旋光纤喇曼放大器中的放大自发辐射噪音,并与实验结果吻合.     

旋光纤喇曼放大器中ASE噪音模型及仿真计算

通过分析旋光纤喇曼放大器中信号光、抽运光的非线性薛定谔波动方程及放大自发辐射噪音特性,提出一种能同时在旋光纤喇曼放大器中产生预计波形放大自发辐射噪音,又方便计算的方法.根据放大自发辐射噪音时域特性,建立并在波动方程中加入放大自发辐射非高斯噪音模型.在考虑旋光纤双折射的非线性效应同时,通过分步傅里叶法对波动方程求解,计算了旋光纤喇曼放大器中的放大自发辐射噪音,并与实验结果吻合.     

抽运光波前畸变对拍瓦激光器前端OPA光束质量的影响

数值模拟了拍瓦激光器前端非共线光参变放大(OPA)过程中存在波前畸变的抽运光对信号光光束质量的影响.结果表明,当抽运光光束波前存在严重畸变时,衍射效应和走离效应通过不同的物理机制导致了信号光光束质量的急剧下降.在导致信号光光束质量下降的过程中,走离效应在OPA未饱和放大时起着主导作用,当OPA工作在过饱和状态时,过饱和导致的信号光近场空间分布中心凹陷成为光束质量下降的主要因素.     

周期极化铌酸锂波长转换器脉冲抽运时的波形畸变

理论分析了周期性结构的LiNbO3晶体(PPLN)光波导在脉冲光抽运时的级联二阶非线性效应,并通过数值计算得到了抽运、倍频、信号及转换四个光脉冲的波形在波导中的演化。研究表明,使用脉冲光抽运时,由于抽运光脉冲与倍频光脉冲之间的群速度失配导致的走离,将使倍频光脉冲产生展宽;再通过差频转换使得转换光脉冲产生了波形畸变和峰值偏移。最后通过实验验证了转换光脉冲的波形畸变。     

Generation of time-dependent ultra-short optical pulse trains in the presence of self-steepening effect

Starting from the extended nonlinear Schr?dinger equation in which the self-steepening effect is included, the evolution and the splitting processes of continuous optical wave whose amplitude is perturbed into time related ultra-short optical pulse trains in an optical fibre are numerically simulated by adopting the split-step Fourier algorithm. The results show that the self-steepening effect can cause the characteristic of the pulse trains to vary with time, which is different from the self-steepening-free case where the generated pulse trains consist of single pulses which are identical in width, intensity, and interval, namely when pulses move a certain distance, they turn into the pulse trains within a certain time range. Moreover, each single pulse may split into several sub-pulses. And as time goes on, the number of the sub-pulses will decrease gradually and the pulse width and the pulse intensity will change too. With the increase of the self-steepening parameter, the distance needed to generate time-dependent pulse trains will shorten. In addition, for a large self-steepening parameter and at the distance where more sub-pulses appear, the corresponding frequency spectra of pulse trains are also wider.     

信号光的调制对基于光纤光参量放大光脉冲源的改善

在理论上从四波混频的强度耦合方程出发,给出了基于光纤光参量放大(FOPA)光脉冲的光场表达式,并进一步分析了信号光被相位调制或强度调制后,光脉冲的频率啁啾和强度演化.结论指出：若信号光被强度调制,对所生成脉冲宽度无明显的影响,但可以提高消光比;若信号光被相位调制,所生成的脉冲具有更大的线性正啁啾,可以在相同的抽运功率条件下得到比无相位调制时更窄的脉冲.实验上给出了10 GHz工作速率下的结果,其结果与理论分析符合得很好.通过信号光的相位调制,在05 W平均抽运功率条件下得到了消光比22 dB,脉宽为5 关键词： 光纤参量放大 四波混频 光脉冲源 频率啁啾     

啁啾匹配和同步抖动对光参量啁啾脉冲放大的影响

 通过研究光参量啁啾脉冲放大过程转换效率随泵浦光啁啾参数的变化,以及信号光和泵浦光波长的对应关系,确立了信号光和泵浦光同步时实现线性啁啾匹配的方法。以磷酸二氢钾作为非线性晶体,研究了信号光和泵浦光之间的线性啁啾匹配和时间同步抖动对光参量啁啾脉冲放大后信号光脉冲波形和转换效率的影响。结果表明：在时间同步的情况下,线性啁啾匹配时的信号光脉冲波形很对称,转换效率也较高;在同步抖动程度一定的情况下,不同泵浦光啁啾参数时,信号光的增益及放大后的脉冲波形差异较大;在线性啁啾匹配程度一定时,信号光和泵浦光时间同步抖动越严重,放大信号光的脉冲波形变化越大,信号光增益越小,且转换效率也越低。     

Nonlinear X-wave formation and conical emission at different powers of a femtosecond laser pulse in water

Nonlinear X-wave formation at different pulse powers in water is simulated using the standard model of nonlinear Schrödinger equation (NLSE). It is shown that in near field X-shape originally emerges from the interplay between radial diffraction and optical Kerr effect. At relatively low power group-velocity dispersion (GVD) arrests the collapse and leads to pulse splitting on axis. With high enough power, multi-photon ionization (MPI) and multi-photon absorption (MPA) play great importance in arresting the collapse. The tailing part of pulse is first defocused by MPI and then refocuses. Pulse splitting on axis is a manifestation of this process. Double X-wave forms when the split sub-pulses are self-focusing. In the far field, the character of the central X structure of conical emission (CE) is directly related to the single or double X-shape in the near field.     

基于SOA和NOLM的光脉冲放大与压缩的设计模型

设计了一种基于半导体光放大器(SOA)和非线性光学环镜(NOLM)的光脉冲放大与压缩的模型。数值研究结果表明:在NOLM中,当调节合适的控制脉冲的输入和初始时延时,具有较低峰值功率、宽度为几十皮秒的高斯信号脉冲经此模型放大压缩后,可以得到脉冲峰值增益高、脉冲宽度窄以及基本无基座的高质量超短信号光脉冲。     

利用光锁相环路实现40 Gb/s时钟恢复

提出并建立了一种新型的基于光纤四波混频效应和压控光脉冲源的光锁相环路(OPLL),用于光时分复用系统(OTDM)中的时钟恢复过程。从理论上分析了其工作原理,及各模块结构和功能。利用高非线性光纤中的四波混频效应实现全光鉴相器,有效缩短了光纤长度,减小了光纤色散引起的脉冲走离,鉴相器消光比超过30 dB。采用再生锁模光纤激光器实现压控光脉冲源,在保证脉冲质量的前提下,重复频率调节范围达到380 kHz。在40 Gb/s时钟恢复实验中,获得脉宽为7.2 ps、接近变换极限的时钟脉冲,时间抖动(RMS)为152 fs,超模抑制比大于60 dB。实验证明,输入信号幅度波动和码型效应对环路影响很小。     

基于光束偏转的扫描式宽带光参量啁啾脉冲放大

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)是超短激光脉冲领域的重要技术之一,增大增益带宽对提高OPCPA的转换效率、实现宽带光参量放大具有重要的意义.本文将光束偏转和非共线OPCPA有机结合,提出了基于光束偏转的扫描式宽带OPCPA模型.分析了通过光束偏转来时刻改变非共线角,以保证各频率成分的相位匹配,从而增大增益带宽的基本原理.采用提出的扫描式宽带OPCPA,针对800 nm中心波长、带宽约为100 nm信号光的光参量放大进行了数值计算.结果表明:经过扫描式OPCPA后,信号光的带宽与放大之前几乎相同,光谱没有窄化;扫描式OPCPA比固定非共线角方式的放大极大地增加了增益带宽和转换效率,实现了宽带的光参量放大;要满足信号光各频率成分的相位匹配,达到最大的增益带宽和转换效率,需要尽量减小加载到钽铌酸钾(KTa_(1-x) Nb_xO_3, KTN)电光晶体上的电压抖动和电压延时.     

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.     

基于信号抽运的光纤光参量放大的全光3R再生系统

本文研究了利用恶化信号作为抽运的光纤光参量放大效应(FOPA)进行全光判决的全光3R(再放大、再整形、再定时) 再生实验方案,理论上分析了在不同的抽运功率条件下时(分别对应"0"和"1"码)参量放大抑制噪声的不同机理,表明选用合理的实验参数可以同时对"0","1"码噪声进行抑制.实验中利用高Q值的法布里-珀罗(F-P)滤波器提取了均方根(RMS)抖动仅为180 fs的40 GHz时钟;完成了对40 bit/s的单波长恶化信号的全光判决实验,将恶化信号的信噪比从4.52改善为11.43.实验验证了理论分析的 关键词： 光纤通信 3R再生 光纤光参量放大 全光判决