飞秒孤子在色散渐增光纤中谱压缩的数值分析

通过数值求解修正了的广义非线性薛定谔方程,研究了孤子在色散渐增光纤中的谱压缩进程.详细分析了入射脉冲峰值功率对输出脉冲的谱宽和中心波长的影响,并描述了脉冲的脉宽、谱宽及啁啾在光纤中的演化过程.计算结果表明,脉宽200fs、中心波长1550nm的基孤子在群速度色散从-1ps2/km至-11ps2/km线性变化的长100m的色散渐增光纤中传输时,脉冲谱宽由12.6nm压缩至5.2nm,即可获得最大压缩比为2.42.     

飞秒孤子在色散渐增光纤中谱压缩的数值分析

通过数值求解修正了的广义非线性薛定谔方程,研究了孤子在色散渐增光纤中的谱压缩进程.详细分析了入射脉冲峰值功率对输出脉冲的谱宽和中心波长的影响,并描述了脉冲的脉宽、谱宽及啁啾在光纤中的演化过程.计算结果表明,脉宽200 fs、中心波长1 550 nm的基孤子在群速度色散从－1 ps2/km 至－11 ps2/km线性变化的长100 m的色散渐增光纤中传输时,脉冲谱宽由12.6 nm压缩至5.2 nm,即可获得最大压缩比为2.42.     

基于脉冲对交叉相位调制的亮脉冲的压缩

提出了一种利用色散位移光纤(DSF)压缩波长位于光纤正常色散区的亮脉冲的方法.即让亮脉冲与一个中心波长位于光纤反常色散区的强脉冲对在光纤中共同传输,在适当条件下,交叉相位调制(XPM)效应会导致亮脉冲的压缩.通过分步傅里叶方法(SSFM)对这一压缩过程进行数值模拟和分析,结果表明高斯脉冲的脉宽被压缩了9.8倍,峰值功率增加了6.5倍,且该方法可以有效地避免脉冲走离效应,使脉冲获得更好的压缩效果.     

光纤损耗对皮秒脉冲孤子效应压缩的影响

在计及常规光纤损耗的前提下，通过数值求解求解修正的非线性薛定谔方程，全面地计算和分析了损耗对皮秒脉冲在单模光纤中孤子效应压缩过程的影响。结果表明，与不计及损耗时相比，损耗一方面导致脉冲压缩比，压缩后的脉冲峰值功率和脉冲压缩质量的下降，另一方面还导致所选用的最佳光纤度的增加。进一步研究表明，损耗对脉冲压缩的影响程度还与输入脉冲的峰值功率和脉宽有关。     

掺铒光纤环镜中超短光孤子的放大与压缩I．基本原理

用常规掺铒光纤放大器放大超短光孤子存在一个重大困难。就是在放大过程中光纤非线性效应会引起孤子波形及频谱畸变，使得输出脉冲不再具有孤子特性，从而影响系统性能。提出一种利用掺铒光纤环镜放大超短光孤子的新方法，数值计算表明，该方法不仅可实现无畸变的光孤子放大，而且能同时实现孤子宽度的有效压缩。当宽度为2ps的基阶孤子经过长度为92．6m、增益为14．4dB的环镜后，其峰值功率被放大165倍，脉冲宽度被压缩到0．19ps，时间一带宽积为0．303。脉座能量仅占整个脉冲能量的3．8％，表明由环镜输出的放大脉冲很大程度上具有基阶孤子特性。     

非线性偏振旋转锁模自相似脉冲光纤激光器的研究

利用耦合非线性薛定谔方程（CNLSE）为非线性偏振旋转（NPE）锁模自相似光纤激光器建立了一种新的数值模型.模型中,用CNLSE描述脉冲在单模光纤中的传播,在增益光纤中同时考虑了增益带宽和增益饱和作用,用传输矩阵描述构成NPE锁模的光学元件.优化了腔内净色散和光纤长度等参数,模拟了脉冲在激光腔内的演化特性,得到了典型的自相似脉冲运行区域及特点.在最佳自相似脉冲运行区域内,得到了能量约为7 nJ、脉宽约11 ps、线性啁啾的抛物脉冲.比较了不同腔内净色散条件下输出脉冲的特点,给出了三阶色散对输出脉冲的影响. 关键词： 自相似脉冲 非线性偏振旋转锁模 耦合非线性薛定谔方程 数值模拟     

基于全正色散光子晶体光纤的超连续谱光源

利用预估校正分步傅里叶法数值求解非线性薛定谔方程, 模拟超短激光脉冲在全正色散光子晶体光纤中传输时的演化情况, 分析了不同脉宽和能量的脉冲对产生的超连续谱的影响. 结果表明: 无啁啾高斯脉冲在此全正色散光子晶体光纤中传输时, 始终保持单个脉冲特性, 提高脉冲峰值功率可进一步展宽获得的超连续谱.模拟结果同时表明, 利用中心波长为1060 nm, 脉宽和能量分别为50 fs, 15 nJ的脉冲抽运此光纤, 当传输12 cm 后便可获得具有较好的光谱连续性和光谱平坦度的超连续谱. 进一步模拟结果表明, 采用棱镜对对其进行脉冲压缩, 可获得脉宽约15 fs, 谱宽约700 nm的理想超连续谱光源. 关键词： 超连续谱 光子晶体光纤 全正色散     

抽运能量对受激布里渊散射光限幅特性的影响

采用布里渊噪声起源模型,数值模拟了受激布里渊散射介质CCl4对波长1064nm的Nd：YAG纳秒激光脉冲的传输特性及光限幅特性。入射抽运脉冲能量较低时,非线性介质对纳秒激光脉冲呈光学透明。入射抽运脉冲能量高于受激布里渊散射产生阈值后,透射脉冲峰值受限,脉宽压缩,能量趋于饱和,说明该光学系统同时具有光功率限幅和能量限幅的光限幅特性。利用理论模型模拟了如下光限幅参量：透射脉冲峰值功率、透射能量、能量透射率、脉宽压缩率依赖抽运光能量的变化关系。相应的理论模拟计算结果由实验进行验证,实验结果与理论模拟相符合。     

高重复频率锁模光纤激光器及其超连续谱产生

设计并实验研究了一种结构简单的主动调制锁模高重复频率窄脉宽光纤激光器。采用窄线宽连续激光调制4 GHz高重频后,通过拉曼增益孤子压缩效应将脉宽由27 ps压窄至2.6 ps。该高重频锁模激光泵浦一段300 m长高非线性光纤,同时脉冲被展宽至7.4 ps。产生的超连续谱平坦度20 dB宽带可达250 nm,功率波动为±0.2 dB。     

利用梳状色散光纤实现光脉冲压缩的特性研究

提出了一种采用梳状色散光纤（CDPF）实现光脉冲压缩的设计方法,并给出了相应的适于模拟核状色散光纤压缩器的数值模型,主要研究了不同入射峰值功率下,梳状色散光纤输出脉冲宽度及时域波形与脉冲峰值处非线性相移△φNL之间的变化关系。结果表明,在设计适用于超高速光时分复用系统的梳状色散光纤压缩器时,应当综合考虑脉冲峰值功率和非线性相移对压缩后脉冲的影响。     

Sub-100 fs SDPF optical soliton compressor for diode laser pulses

We report our studies on a fiber-optic soliton compressor for generation of sub-100 femtosecond (fs) optical pulses out of picosecond (ps) diode laser pulses. The soliton compressor is rather simple and composed of a 15 ～ 20 m-long step-like dispersion profiled fiber (SDPF) in conjunction with a single Er-doped fiber amplifier (EDFA). Careful design of such a SDPF compressor was performed, leading to demonstration of 20-fs class compression performance, and experimental investigation was carried out in detail on the optical pulse propagation in the compression processes. In addition, nonlinear fiber loops were applied to suppression of pulse pedestals, resulting successfully in high quality optical pulses of the 100-fs range.     

非均匀系统中非自治孤子的色散和非线性管理

基于包含自发拉曼散射和外电光调制效应的非自治非线性薛定谔方程,采用简单的变换方法,解析研究了三种非均匀系统中非自治孤子的管理和传输。结果发现,在非均匀的非线性渐增或色散渐减光纤系统中都存在精确的啁啾非自治孤子解,都可以实现孤子的放大和压缩,但具有不同的速度、频移和啁啾特性;而在非均匀的色散和非线性均渐减光纤系统中,可以支持无啁啾的非自治孤子,该孤子具有不变的脉宽和振幅以及振荡衰减的速度,孤子的频移仅由自发拉曼散射决定。同时,数值模拟结果进一步证实在三种非均匀管理系统中都可支持非自治孤子的传输。该研究结果为实际非均匀孤子管理系统中实现孤子的压缩和传输提供了理论依据。     

High-quality sub-100-fs optical pulse generation by fiber-optic soliton compression of gain-switched distributed-feedback laser-diode pulses in conjunction with nonlinear optical fiber loops

We report our investigations of a new and simpler femtosecond fiber-optic soliton compressor for chirp-compensated gain-switched diode-laser pulses and of pedestal suppression by a compound fiber loop mirror (CFLM) and nonlinear-optical loop mirrors (NOLM's), both of which are designed for sub-100-fs pulse generation of high quality. The soliton compressor, composed of a 21.1-m-long steplike dispersion profiled fiber, exhibited 44-fs pulses and a compression ratio of approximately 60. Pedestals of 100-fs soliton pulses were suppressed successfully (>20 dB) by the CFLM and the NOLM's. In particular, 63-fs pedestal-free sech(2) pulses were obtained by NOLM propagation.     

色散渐减光纤组成的环形镜对高阶孤子的理想压缩

利用数值模拟方法证明,采用色散渐减光纤组成的非线性光纤环形镜不仅可压缩高阶光孤子,而且能有效地消除压缩后脉冲的底座、提高光脉冲的输出能量.研究表明,对于一确定的色散渐减光纤,只要选取不同环形镜长度,即可对不同阶数的高阶孤子进行理想压缩.且孤子阶数越高,所需最佳环形镜长度越短、压缩后光脉冲的峰值强度越大、能量透射率越低.研究同时发现,环形镜的功率分束比存在一最佳值,在此值下所得压缩后的光脉冲不仅具有较大的峰值及能量透射率,且不含底座.     

Useful and detrimental aspects of self-phase modulation in fiber optical applications

This paper reviews the features of self-phase modulation (SPM) in single-mode optical fibers and discusses the useful and detrimental aspects of this fiber nonlinearity with respect to fiber optical transmission and device applications. After a short introduction to the physical origin of self-phase modulation in fibers the following topics will be addressed: transmission system limitations due to SPM, soliton propagation, optical pulse compression, modulational instability.     

Useful and detrimental aspects of self-phase modulation in fiber optical applications

This paper reviews the features of self-phase modulation (SPM) in single-mode optical fibers and discusses the useful and detrimental aspects of this fiber nonlinearity with respect to fiber optical transmission and device applications. After a short introduction to the physical origin of self-phase modulation in fibers the following topics will be addressed: transmission system limitations due to SPM, soliton propagation, optical pulse compression, modulational instability.     

Solitons evolving toward few-and single-cycle pulses in photonic-crystal fibers

Numerical analysis of soliton dynamics in highly nonlinear photonic-crystal fibers reveals intriguing scenarios enabling efficient pulse compression down to single-cycle field waveforms. We derive simple analytical expressions relating the pulse width and the energy of ultrashort pulses generated through such a field-evolution dynamics to the fiber dispersion and nonlinearity.     

色散阶变光纤正常色散区啁啾演变特性之讨论

利用傅里叶变换法得到了色散阶变光纤正常色散区群速度色散导致啁啾的解析表达式;而且,采用数值法模拟了色散阶变光纤正常色散区啁啾演变过程。结果表明:色散阶变光纤中啁啾以色散缓变光纤中啁啾为中心跳跃式变化,但远小于常规光纤中啁啾。选择合适入射脉冲初始啁啾会使净啁啾等于零,从而形成暗孤子。     

Nonlinear tunneling of optical soliton in 3 coupled NLS equation with symbolic computation

We investigated the soliton solution for N$N$ coupled nonlinear Schrödinger (CNLS) equations. These equations are coupled due to the cross-phase-modulation (CPM). Lax pair of this system is obtained via the Ablowitz–Kaup–Newell–Segur (AKNS) scheme and the corresponding Darboux transformation is constructed to derive the soliton solution. One and two soliton solutions are generated. Using two soliton solutions of 3 CNLS equation, nonlinear tunneling of soliton for both with and without exponential background has been discussed. Finally cascade compression of optical soliton through multi-nonlinear barrier has been discussed. The obtained results may have promising applications in all-optical devices based on optical solitons, study of soliton propagation in birefringence fiber systems and optical soliton with distributed dispersion and nonlinearity management.     

数值模拟高阶色散和非线性对光孤子传输的影响

光孤子传输中的高阶色散以及高次非线性效应是光纤通讯发展的重要制约因素。从光孤子在光纤中的一般传输方程出发, 在较大的入纤功率的前提下, 综合考虑了高阶色散、五次非线性和损耗因素, 得到其具体传输方程, 并据此从理论上分析了高阶色散和非线性对光孤子传输性能的影响。本文采用分步傅里叶方法, 以MATLAB为实现工具, 实现高阶色散和非线性对光孤子传输影响的模拟计算, 并深入分析了高阶色散和非线性导致的孤子脉冲频移现象。计算结果表明: 在入射功率较大的时候, 高阶色散效应不可忽略。当五次非线性γ2>0时,孤子脉冲主峰发生微小频移; 而当五次非线性γ2<0时, 孤子脉冲主峰基座产生微小频移; 当高阶色散β3>0时频率出现红移, 而当β3<0时, 频率出现蓝移。