孤子激光器及其发展

激光和孤子研究的进展,导致一种新型的、输出脉宽及形状可控的超短光脉冲激光器——孤子激光器的诞生。孤子激光器在光通讯、光计算、超高速现象的研究、超高速光电子器件的研制等方面有其独特的应用。它也使我们有可能对孤子效应本身进行深入研究。本文将叙述在单模光纤中形成孤子的机制,孤子激光及喇曼孤子激光原理,孤子及孤子激光研究的进展,包括孤子激光的稳定性、孤子自频移以及孤子间的相互作用力等。最后介绍一些已经出现的或将来可能出现的应用,并指出这是一个正在迅速发展的研究领域。     

孤子激光器的效率

有必要为评定孤子激光器引进一个质量指标:孤子效率。因此,孤子激光器总体效率的计算也应作相应的变化。高效率的孤子激光器所产生的高质量光孤子能为长途光通信准备良好的初条件。为此讨论了三种提高孤子效率的途径。     

环形光纤孤子激光器

本文对2.5Gb/s环形光纤孤子激光器进行了实验研究。采用半导体光放大器作为光调制器,其实测的脉冲宽度小于30ps,谱宽为0.12nm;经过50km色散位移光纤后,其孤子脉冲宽度与谱宽基本保持不变。     

光纤中暗孤子传输理论

本文基于引入的特定辅助谱参数ζ,避开了从原谱参数λ出发由于双值函数的出现不得不引入Ｒｉｅｍａｎｎ面造成的复杂,不仅简明地再导出了Ｚａｋｈａｒｏｖ和Ｓｈａｂａｔ关于ＮＬＳ方程在边值非０时求解的反散射方法,而且进一步导出了暗的多孤子解的显式,Ｊｏｓｔ解的完备集合与系统的Ｈａｍｉｌｔｏｎ理论。简单地解决了解的常数相引起的问题。最后,对含修正项的ＮＬＳ方程在边值非０时建立有效的微扰理论所遇到的困难进行了讨论。     

正色散激光器中的增益导引孤子

采用非线性薛定谔方程模拟了全正色散介质激光器中实现脉冲锁模输出的动态过程,理论表明,不同于工作于净色散为负的孤子锁模激光器以及腔内具有色散延迟线净色散为正的色散管理孤子和自相似脉冲锁模激光器,在纯正色散介质构成的锁模激光器中,增益饱和和增益窄化对形成稳定的锁模脉冲起重要的作用,在两者的作用下脉冲形成增益导引孤子.采用不同的锁模方式在纯正色散光纤锁模激光器中得到了稳定的增益导引孤子锁模,实验结果与理论模拟一致. 关键词： 锁模 正色散 增益导引孤子     

全正色散耗散孤子掺镱光纤激光器

研究了一种基于非线性偏振旋转被动锁模没有进行色散管理的全正色散掺镱光纤激光器,在无外加滤波器的情况下实验产生了锁模耗散孤子脉冲.耗散孤子的形成是激光器中正光纤色散、非线性效应、腔传输、增益饱和和滤波效应综合作用的结果.实验产生的锁模耗散孤子脉冲能量达1.1nJ.此外,对激光器的数值模拟结果与实验结果相一致,证实了全正色...     

X射线激光器研究初步结果

利用等离子体复合抽运X射线激光器模型和四能级速率方程,我们导出了在激光等离子体体系中发生位子数反转所须满足的条件。在这个基础上,通过分析不同结构靶的等离子体性质,我们发现当激光辐照复合镁靶时,在镁的类氦离子1S4P-1S3P能级间的粒子数反转。另外,我们在中等Z系例元素等离子体中也得到类氖离子系统粒子数反转证据并证明这些现象主要是由等离子体复合而引起的。 上述实验证明了我们的理论计算结果。     

偏振动态可调耗散孤子光纤激光器实验研究

实验搭建了一台基于碳纳米管的耗散孤子光纤激光器,研究了耗散孤子的动态偏振特性.在160 mW的抽运功率下,得到了稳定的单脉冲耗散孤子.通过调整腔内的偏振控制器,得到了庞加莱球上为固定点形式吸引子的偏振锁定矢量耗散孤子.单向机械调节腔内偏振控制器可以调控偏振锁定吸引子向极限环吸引子的演化,且实现极限环区域可控.对比不同偏振吸引子下的偏振度发现,偏振度的高低和偏振吸引子覆盖区域面积成反比.因此,可以通过偏振度的大小定量地判断吸引子是否为偏振锁定.该工作对于研究新型偏振可调激光器、探索激光器的物理机制具有指导意义.     

主动锁模光纤激光器的孤子理论分析

系统考虑了光纤激光器腔构参数与锁模脉冲参数的制约关系,建立了完整形式的振幅调制主动锁模光纤激光器的稳态方程;据此方程分析了主动锁模光纤激光器腔参数对锁模孤子脉冲参数的影响;分析了无啁啾孤子脉冲形成条件。     

被动锁模光纤激光器多孤子脉冲形成机理

基于非线性耦合薛定谔方程,在非线性偏振技术锁模的掺铒环形光纤激光器中,理论研究多孤子脉冲的形成和演化规律。研究结果表明:随着小信号增益不断增加,光纤激光器的锁模透过率函数影响多脉冲输出,多脉冲产生受色散波和脉冲分裂形成的峰值功率的限制效应和孤子能量量子化的影响,这是增益竞争和非线性偏振旋转引起的损耗之间动态平衡的最终结果。     

被动锁模光纤激光器多孤子脉冲形成机理

基于非线性耦合薛定谔方程,在非线性偏振技术锁模的掺铒环形光纤激光器中,理论研究多孤子脉冲的形成和演化规律。研究结果表明：随着小信号增益不断增加,光纤激光器的锁模透过率函数影响多脉冲输出,多脉冲产生受色散波和脉冲分裂形成的峰值功率的限制效应和孤子能量量子化的影响,这是增益竞争和非线性偏振旋转引起的损耗之间动态平衡的最终结果。     

光纤激光器中亮暗孤子对的传输特性

基于简化的光纤激光器模型,采用分步傅里叶方法,数值研究亮暗孤子对在光纤激光器中的传输特性。研究结果表明,在光纤激光器中,亮暗孤子对是否稳定存在与群速度色散有关,亮暗孤子对在零色散区可以保持波形不变的稳定传输。同时亮暗孤子对受光纤激光器的小信号增益系数、饱和能量、初始脉宽、偏振角度等因素的影响。小信号增益系数越大,饱和能量越大,则亮暗孤子对的峰值强度越大,脉宽越窄。当峰值强度增加到一定程度,亮暗孤子对发生分裂。偏振控制器可以控制亮暗孤子对的输出。本研究结果可为光纤激光器中亮暗孤子对信号源的产生研究提供一定的理论依据。     

以半导体激光器为光源的光孤子传输理论分析

建立了一个包括半导体激光器超短光脉冲产生、法布里－珀罗光谱窗消啁啾、在有损光纤及集总光纤放大器组成的链路中进行非线性传输的整体简化理论模型，并利用这一模型进行了数值模拟计算和分析。结果表明，此模型能较真实地反映入射光纤的光脉冲的时域及频域特性，模拟计算所得的结果与实验结果符合得较好。同时还证明了利用法布里－珀罗光谱窗消啁啾后的准孤子脉冲可以用于光孤子传输。     

基于混合锁模的耗散孤子掺铒光纤激光器

从一种简单、全光纤结构的混合被动锁模掺铒光纤激光器中,得到了高稳定性、宽光谱的耗散孤子。激光器结合了半导体可饱和吸收体和非线性偏振旋转两种锁模机制,并运行在正常色散区内;通过色散管理,激光器能产生光谱宽度39.1 nm和时域宽度178 fs的孤子脉冲序列。激光输出的中心波长为1.55 μm,重复频率约为34.3 MHz,单脉冲能量在0.33 nJ左右。与此同时,激光器的斜效率也约等于15.5%;室温工作下,激光器能实现自启动锁模,且运行在稳定单脉冲输出状态的时长在15 h以上。     

锁模光纤激光器中矢量孤子的传输特性研究

以含有慢饱和吸收效应的耦合非线性薛定谔方程组为模型,对锁模光纤激光器中亮亮类孤子对的产生及传输进行了详细地研究。首先,采用拟解法解析得到了慢饱和吸收效应影响下的一组新型的精确亮亮类孤子解;其次,采用分步傅立叶变换法数值研究了啁啾类亮亮孤子解的演化特性,并在输出端将数值结果与精确解进行了比对;最后,数值研究了一定幅度的白噪声干扰下亮亮类孤子解的稳定性。结果表明:一定的参数条件下,锁模光纤激光器中存在亮亮类孤子解,并且该解在一定的白噪声扰动下,可以实现较长距离的稳定传输。     

基于耦合Ginzburg-Landau方程的石墨烯锁模光纤激光器的暗暗孤子解及其稳定性

以耦合Ginzburg-Landau方程为模型,对石墨烯锁模光纤激光器中脉冲的动力学行为进行了详细地研究.首先,采用拟解法推导了该方程组的啁啾类暗暗孤子对解;其次,对啁啾类暗暗孤子对的传输特性及稳定性进行了数值研究.结果表明:合理选择系统参数,不仅可以得到啁啾类暗暗孤子对的精确解,而且该精确解还可以在一定的扰动下稳定传输.相关结果将为设计和改善石墨烯锁模光纤激光器的性能提供一定的理论依据.     

FL非拓扑孤子模型的孤子星及其高温行为

本文讨论了基于FL非拓扑孤子模型的孤子星形成的可能性及其高温行为.发现可以存在一种冷的、稳定的、球对称的孤子位形——FL孤子星,且必需W>3B.这种FL孤子星在高温条件下将发生孤子袋消失的相变,但仍可能存在某种天体位形.     

光孤子原理及其通信技术

光孤子通信属于光纤通信的一种,但它将光纤的应用范围从线性扩大到非线性．和现有的光纤通信相比,无论是传输距离还是信息容量,都有极大地飞跃． 一、何谓光孤子 所谓孤子,就是一种“孤立”的波。它具有十分诱人的特性,即在传输和反复碰撞的过程中,其形态完全不改变;始终保持着自身特有的性质,就像“粒子”的行为一样．孤子（Ｓｏｌｉｔｏｎ）这一术语,最早可见于Ｚａｂｕｓｋｙ和Ｋｒｕｓｋａｌ发表于１９６５年关于求Ｋｄｖ方程数值解的论文中．但是,孤立波的发现却可以追溯到１８３４年．在那年４月的某一天,有两匹马拉着一条…