光脉冲传输模拟的快速数值差分递推算法及其应用研究

利用零邻域的马克劳林展开对归一化非线性薛定谔方程的频域差分形式进行分析，得出一个能够同时考虑光学媒质的色散作用以及非线性克尔作用的时域快速数值差分递推公式.选取若干算例，将运用该公式的数值计算结果与已知的解析结果和传统分步傅里叶方法所得的计算结果做了相应的比较，结果表明这种快速数值差分递推公式不但拥有相当快的计算速度，也有很高的计算精度，而且在物理上符合光脉冲在光学媒质中传输时色散和非线性作用同时施加影响的客观实际，这说明它是研究非线性光学媒质中光脉冲传输的一种科学、合理而快速有效的数值计算方法. 关键词： 快速数值差分递推公式 零邻域马克劳林展开 非线性薛定谔方程 光脉冲传输     

快速数值差分递推算法在偏振模色散作用下光脉冲传输中的应用研究

利用快速数值差分递推算法对非线性薛定谔方程进行推导分析,得到一个同时考虑群速色散效应、非线性效应以及偏振模色散效应的时域快速数值差分递推关系,并将该方法应用于研究偏振模色散作用下的光脉冲传输,得到的计算结果分别与解析结果和传统的分步傅里叶算法所得结果进行对比,表明这种快速数值差分递推算法拥有很高的计算准确度,并且物理模型更加合理,完全适合分析计算偏振模色散作用下的光脉冲传输问题.利用该方法研究了光脉冲的畸变以及脉冲展宽问题,获得的计算结果为光纤传输系统的设计提供了参考.     

克尔介质中脉冲宽度对瞬态热光非线性效应的影响

在纳秒时域，研究了激光脉冲宽度变化对克尔介质中瞬态热光非 线性效应的影响.通过不同脉冲宽度τp下得到的二硫化碳 苯胺黑溶液的Z_scan实验结果，对瞬态热光非线性效应和光克尔效应的共存过程进行了分析 .随着脉冲宽度的增加，观察到了热光非线性效应从瞬态到稳态变化过程和Z_scan峰谷特性 的转变.同时，从声波的传播方程和光波的非线性传播方程出发，用数值计算方法模拟了这 一非线性过程，结果表明数值模拟结果和实验结果是相符的. 关键词： 瞬态热光非线性效应 脉冲宽度 Z_scan 克尔效应     

含偶次高阶项的厄米——高斯型短脉冲各参量的演化

从非线性薛定谔方程出发，用矩法和数值方法研究了含零阶、二阶、四阶厄米－高斯项的光脉冲在光纤中的传输，并进行了比较，结果表明，两者吻合较好，结果表明：在色散和晨线性效应存在的条件下，在光脉冲的传输中，厄米－高斯光脉冲的各阶项的能量在互相交换，四阶项的所占据的能量在逐渐减少，能量向两边辐射。     

电光双折射扫描滤波法提高啁啾脉冲对比度

提出了一种通过扫描滤波来提高啁啾脉冲对比度的方法,并分析了该方法的原理。与传统的非线性滤波技术不同,扫描滤波方法消除预脉冲时,选通原理是基于光的频率而不是强度。以电光双折射扫描滤波器为例,说明了扫描滤波法的具体应用。通过数值模拟及实验研究,发现电光双折射扫描滤波法可以有效地消除主脉冲以前几百ps的预脉冲,并且主脉冲同时还能保证较高的透过率。     

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。     

非线性传输线数值模拟方法

给出了模拟交叉耦合磁饱和非线性传输线的数值模拟方法,算法基于传输线各节点的时域差分方程组进行步进迭代,其中利用J-A模型描述传输线中铁氧体磁芯的非线性磁化行为。根据节点电路方程推导了非线性传输线色散关系,设计了输出频率为300 MHz的交叉耦合磁饱和非线性传输线,利用本数值模拟方法对交叉耦合磁饱和非线性传输线的物理过程进行了分析,在充电电压达到30kV时获得了频率303MHz、峰峰值不小于40kV的高压射频脉冲输出。     

高功率电磁波脉冲在电离层中的传播

 用时域伪谱(PSTD)算法数值模拟了高功率电磁波脉冲在整个电离层中的传播。利用缩减的电离层模型并忽略非线性过程,脉冲在电离层中的传播可用脉冲在冷等离子体中的传播方程来描述。时域有限差分(FDTD)法解决这个问题将耗费大量的时间和内存,因此,使用PSTD方法来解决冷等离子体中的方程,并采用完全匹配层边界条件截断求解空间。所得脉冲在整个电离层传播的数据显示,在265 km附近有一个分界点,其以下是反射波,以上既有反射波又有前向波。这与用高阶(FD)2TD方法数值模拟结果一致,表明时域伪谱算法模拟电磁波在电离层中长距离传播的有效性。     

厚非线性介质瞬态热光非线性效应的研究

瞬态热光非线性效应是指由脉冲宽度可以和非线性效应的建立时间相比拟的纳秒脉冲激光入射产生的热光非线性效应.用Zscan法测量了不同厚度、不同束腰半径碘的酒精溶液的瞬态热光非线性效应曲线.从声波的传播方程和光波的非线性传播方程出发,用数值计算方法模拟了这一非线性过程.并对实验结果和数值模拟结果进行了比较 关键词： 瞬态热光非线性效应 非线性光学 数值计算     

基于超导脉冲电源重复脉冲的快速求解法

针对高温超导脉冲变压器电感储能型重复脉冲电源这一复杂系统的性能分析,提出了一种理论推导加数值计算的电路系统快速求解方法。采用拉氏变换对脉冲电源系统进行分时段数值求解,得到脉冲电源系统各支路电流和电压。并通过Matlab编程计算得出结果,与仿真结果相比较,验证了该方法的准确性。研究了脉冲电源主要参数对系统指标的影响,使用快速算法可具体分析脉冲电源系统设计阶段的参数指标选取问题,解决了仿真软件无法对脉冲电源系统参数进行灵活设置,及参数改变时无法自动给出相关波形和趋势图的问题。     

Rapid numerical difference recurrent formula of nonlinear Schrödinger equation and its application

In this paper, a rapid numerical difference recurrent formula, in which it has been taken that the chromatic dispersion and the nonlinearity act together along each fiber segment, is established in the time domain by applying a Maclaurin expansion to the differential form of the nonlinear Schrödinger equation (NLSE) in the frequency domain. The calculated results by using the established formula are contrasted with the known analytical results and the results of the split-step Fourier method (SSFM) and indicated that the rapid numerical difference recurrent formula is very accurate and more reasonable because it abandons an assumption that the dispersive and nonlinear effects can be assumed to act independently as the optical field propagates over each fiber segment. It has been concluded that the established formula in this paper is a scientific, reasonable and effective numerical method for the study of light pulse propagation in a nonlinear optical medium.     

Weighted nonlinear phase shift with group velocity dispersion to assess the nonlinear penalty in C+L band long-haul fiber optical amplified transmission link

To assess the penalty due to nonlinear effect in C L band long-haul optical amplified transmission link,a new parameter of modified nonlinear phase shift (φD) is proposed,which is the accumulated nonlinear phase shift weighted by a normalized group velocity dispersion (GVD).Based on the numerical simulation result of broadband long-haul hybrid Raman/erbium-doped fiber amplified transmission line,it is validated that φD is more reasonable and suitable than the previous proposed nonlinear phase shift (φNL) for broadband applications.     

色散条件下各向同性光纤中拉曼增益对光脉冲自陡峭的影响

基于光脉冲所满足的慢变函数,详细推导了包含拉曼增益的高阶非线性薛定谔方程,在考虑色散的条件下,运用分步傅里叶方法对其数值分析,进而模拟仿真了拉曼增益对高斯脉冲在各向同性光纤中传播时自陡峭效应的影响,并与不考虑拉曼增益的自陡峭效应作比较,从而得出拉曼增益在不同条件下对高斯脉冲自陡峭效应的具体影响方式.结果表明,拉曼增益会影响高斯脉冲的展宽、脉冲峰值衰减以及在前后沿的振荡,其影响程度与具体的自陡峭参数、脉冲功率和色散系数的大小有关.     

Optical Fiber Impulse Propagation: An Interaction Between the Third-Order Dispersion and Nonlinear Chirp

This article investigates the interaction between the third-order dispersion in optical fiber and the nonlinear (quadratic) chirp of Gaussian impulses. A formula is obtained for the impulse form at the fiber far end. The impulse propagation in nonlinear fiber is also examined by means of a computer simulation. The obtained results indicate that the interaction may lead to significant distortion of optical impulses at the fiber output even when the second-order dispersion is entirely canceled and the input impulse has no linear chirp. This distortion is more pronounced when the dispersion slope, fiber length, and nonlinear chirp parameter increase.     

偏振模色散及非线性效应对40 Gbit/s密集波分复用系统的影响

高速率、大容量的密集波分复用系统是光纤通信系统的最终发展方向 ,单信道速率达到 4 0Gbit/s时 ,光纤的非线性效应、偏振模色散现象对系统的影响更加突出。在综合考虑群速度色散、自相位调制、交叉相位调制、四波混合、偏振模色散等因素的基础上 ,推导了密集波分复用系统中任意信道的耦合非线性薛定谔方程组。利用扩展的分步傅里叶方法对该方程进行了数值计算 ,通过对 8× 4 0Gbit/s密集波分复用系统的仿真 ,分别研究了非线性效应和偏振模色散对密集波分复用系统的影响。发现由于交叉相位调制和四波混合作用 ,多波长的密集波分复用系统比单波系统受非线性效应影响严重 ;系统受偏振模色散与非线性效应的影响程度与输入信号功率有关 ,在入射光单信道平均功率较低 0 .1mW时 ,偏振模色散是影响系统性能的主要因素 ;当入射光单信道平均功率较高1mW时 ,系统受非线性效应影响严重。而偏振模色散在使信号脉冲展宽的同时 ,类似于非零色散位移光纤中的微小色散 ,对非线性效应又有一定的抑制作用。     

磁光光纤中光脉冲的非线性传播特性研究

根据光纤中磁光效应与非线性效应的微扰理论,推导了磁光光纤中光脉冲的非线性耦合模方程,比较了修正的分步傅里叶算法中磁光效应的时域和频域处理方案,表明了在步长足够小的情况下,两种方案的结果一致.分析了磁光效应、光纤非线性以及色散对光脉冲传输特性的影响,通过改变磁光耦合强度,不但可以灵活控制脉冲形状,还可以改变非线性引起的频率啁啾大小,有助于实现基于光脉冲展宽的动态整形功能.本文给出的理论分析方法,有助于开发可用于光纤通信、光纤传感等领域的基于非线性磁光光纤的新型磁光信息处理器件.     

Reverse propagation of femtosecond pulses in optical fibers

We present a numerical technique for reversing femtosecond pulse propagation in an optical fiber, such that given any output pulse it is possible to obtain the input pulse shape by numerically undoing all dispersion and nonlinear effects. The technique is tested against experimental results, and it is shown that it can be used for fiber output pulse optimization in both the anomalous and normal dispersion regimes.     

Power-independent technique to extract the dispersion parameters of an optical fiber using four wave mixing

Conventional methods which extract dispersion parameters of an optical fiber using four wave mixing rely on the measurement of optical power in the generated wavelengths, and hence are prone to measurement errors. We propose and demonstrate a power-independent method to extract the dispersion curve of a fiber using four wave mixing (FWM). The analytical equations that have been traditionally used to estimate the phase mismatch in FWM are modified to cater to low-dispersion fibers, and are verified. Experiments to obtain the dispersion curve of a low-dispersion and highly nonlinear fiber are discussed and the results are analyzed. Limitations of any FWM-based method to extract the dispersion curve of a fiber are presented for the first time.