基于交叉相位调制效应的硅基全光Fredkin门

虽然传统的Fredkin门可以很好地实现相应的逻辑功能,但是其消光比和串扰还有待进一步改善。鉴于此,本文提出并设计一种基于交叉相位调制效应的硅基全光Fredkin门,该全光可逆逻辑门由两个2×2的定向耦合器、一个2×1的定向耦合器、一个1×2的定向耦合器以及两个相移臂构成。利用泵浦光与信号光在相移臂中引发的交叉相位调制效应,可以改变上、下相移臂中信号光的相位差,从而在所设计器件的不同端口处输出不同幅度的光波,继而实现Fredkin门的逻辑功能。与此同时,利用MATLAB并融入分步傅里叶法对所设计的硅基全光Fredkin门进行仿真分析。仿真结果表明,器件的最差消光比可达48.46 dB。     

零色散附近的交叉相位调制不稳定性分析

以三、四阶色散项的耦合非线性薛定谔方程为基础,考虑光纤损耗及高阶色散,研究了双光束在零色散附近的交叉相位调制不稳定性.理论上导出描述交叉相位调制不稳定性的色散方程,并进行数值模拟计算.结果表明：由于四阶色散的影响,在光纤的正常、反常色散区,交叉相位调制不稳定性均发生在两个频谱区.如光脉冲工作在最小群速度色散附近时,四阶色散对光纤的交叉相位调制不稳定性将起决定性作用,可使增益谱出现一个新的峰值.光纤损耗使增益的谱宽变窄.对给定的传输距离,随着光纤向零色散附近靠近,两个频谱区谱宽增加直到相互重叠.数值分析了两光波有差别时的交叉相位调制不稳定性.     

高阶色散导致的交叉相位调制不稳定性

在考虑光纤损耗及高阶色散的情况下,以三、四阶色散项的耦合非线性薛定谔方程为基础,研究高阶色散对交叉相位调制不稳定性的影响.研究表明:三阶色散对调制不稳定性不起作用;由于四阶色散的影响,在光纤的正常、反常色散区,交叉相位调制不稳定性均发生在两个频谱区.且反常色散区两频谱区都比正常色散区的宽,反常色散区第二频谱区比正常色散区的更靠近零点.光纤损耗对增益谱的谱宽有较大影响,它使增益的谱宽变窄,且随传输距离的增大谱宽变得更窄.     

具有高阶色散项的交叉相位调制不稳定性分析

以包含了三、四阶色散项的耦合非线性薛定谔方程为基础,重点研究了三、四阶色散对交叉相位调制不稳定性的影响。结果表明：三阶色散对调制不稳定性不起作用;当满足一定条件时,由于四阶色散的影响,不仅在光纤的反常色散区,而且在光纤的正常色散区,交叉相位所致的调制不稳定性均发生在两个频谱区。当光纤各参量及两束入射光波功率一定时,光纤反常色散区第一区域的增益谱要比正常色散区第一区域的增益谱宽;同时,反常色散区第二区域的增益谱比正常色散区第二区域的增益谱更靠近零点;进一步对比反、正常色散区的这两个频谱区,发现两个频谱区的范围有确定的对应关系。     

Compton散射下等离子体交叉相位调制不稳定性增益谱

应用多光子非线性Compton散射模型和非线性Schrodinge方程,将入射光和Compton散射光作为形成等离子体交叉相位调制不稳定性的新机制,给出了高阶色散和高阶非线性下等离子体交叉相位调制不稳定性增益谱表达式,并进行了数值模拟.结果表明:与Compton散射前相比,Comnpton散射下的四阶色散使等负色散区的交叉相位调制不稳定性的两个频谱宽度比正色散区的宽,增益谱第二谱区及其峰值更接近零点,即使小功率光波,高频散射光的高阶色散和高阶非线性对交叉相位调制不稳定性的影响依然不可忽略.正五阶非线性使交叉相位调制不稳定性加强,第二谱区增益谱宽和峰值比第一谱区增大得更为明显;负五阶非线性对交叉相位调制不稳定性起抑制作用,五阶非线性系数绝对值越大,抑制作用越明显.散射使等离子体损耗对交叉相位调制不稳定性的影响减弱,随传输距离增加,增益谱宽缓慢减小.这主要是由于散射产生的非线性有效地补偿因传输距离增加而减小非线性的缘故.     

四阶色散和五阶非线性对零色散附近交叉相位调制不稳定性的综合影响

从包含高阶色散和高阶非线性的广义非线性薛定谔方程出发,研究了零色散附近交叉相位调制不稳定性增益谱,分析了四阶色散和五阶非线性系数对增益谱的影响.结果表明：当光脉冲工作在零色散附近时,四阶色散对交叉相位调制不稳定性起决定作用,它使增益谱变宽.正（负）五阶非线性使增益谱的谱宽和峰值增大（减小）.随着二阶色散的增加,四阶色散对增益谱的影响越来越小.     

有源光放大器链路中交叉相位调制的不稳定性

利用两种方法研究了有源放大器波分复用系统光纤链路中交叉 相位调制的不稳定性．首先利用非线性薛定谔耦合方程，在小幅度扰动下，研究了正常色散 和反常色散光纤中的交叉相位调制不稳定性. 由于相位噪声涨落，利用分裂步长傅里叶 变换法与Monte-Carlo法，模拟了有源放大器链路中反常色散和正常色散情况下的调制不稳定性. 两种方法得到的结论基本一致. 关键词： 调制不稳定性 交叉相位调制 斯托克斯带 反斯托克斯 带     

饱和非线性下零色散附近的交叉相位调制非稳

从光纤中扩展的耦合非线性薛定谔方程组出发,在饱和非线性光纤零色散附近,研究了不同二、四阶色散参量下交叉相位调制不稳定性增益谱及其临界扰动频率、谱宽和谱峰随两光波入射功率的演化特点.研究表明,随色散参量不同,增益谱随两光波入射功率的增大可能出现三种演化形式：一是始终是两个分离的谱区;二是由开始时的两个合成一个,最后再分离成两个;三是始终是一个谱区.饱和非线性的存在则使每个谱区的谱宽、谱峰及远离零点的临界扰动频率,随两光波入射功率的增大可能呈现出先增大后减小的特点,使第二谱区靠近零点的临界扰动频率呈现先减小后增大的特点,从而可能出现两个不同的输入功率对应同一个增益峰值和谱宽的情形.色散参量对增益谱的谱峰影响小,对谱宽影响大.越靠近零色散区,每个谱区谱宽越大,越易连成一个谱区.     

Compton散射下等离子体交叉相位调制不稳定性增益谱北大核心CSCD

应用多光子非线性Compton散射模型和非线性Schrodinge方程,将入射光和Compton散射光作为形成等离子体交叉相位调制不稳定性的新机制,给出了高阶色散和高阶非线性下等离子体交叉相位调制不稳定性增益谱表达式,并进行了数值模拟.结果表明:与Compton散射前相比,Comnpton散射下的四阶色散使等负色散区的交叉相位调制不稳定性的两个频谱宽度比正色散区的宽,增益谱第二谱区及其峰值更接近零点,即使小功率光波,高频散射光的高阶色散和高阶非线性对交叉相位调制不稳定性的影响依然不可忽略.正五阶非线性使交叉相位调制不稳定性加强,第二谱区增益谱宽和峰值比第一谱区增大得更为明显;负五阶非线性对交叉相位调制不稳定性起抑制作用,五阶非线性系数绝对值越大,抑制作用越明显.散射使等离子体损耗对交叉相位调制不稳定性的影响减弱,随传输距离增加,增益谱宽缓慢减小.这主要是由于散射产生的非线性有效地补偿因传输距离增加而减小非线性的缘故.     

硅基二氧化硅波导阵列相位控制芯片

设计并制作了硅基二氧化硅波导阵列相控芯片,该芯片由分束单元、相位调制单元、输出波导阵列三部分构成,分束单元采用三级1×2的光分束器级联而成,相位调制单元采用热光调制方式,输出部分包含8根密集阵列波导.8根波导输出的光在远场发生干涉,形成扫描光束,加电后通过二氧化硅热光效应,折射率变化0.027%(0.000 4)时,扫描光束偏转5.5°.该波导相控阵列采用2.0%超高折射率差的硅基二氧化硅波导为材料,经等离子体增强化学气相沉积法进行材料生长及退火,再经电感耦合等离子体干法刻蚀技术进行刻蚀,最后切割抛光制作而成.测试结果表明,静态下该芯片8条输出阵列波导形成清晰干涉光斑,在电压达到130V时,热调制相位后,光斑移动5.5°.     

光脉冲在孔硅波导中的非线性调制过程与波形特征分析

研究了具有不同中心载波波长的高功率双脉冲在微纳孔硅波导中的非线性光学过程和输出脉冲在时域与频域的波形特征。结果表明,由于双光子吸收、自由载流子吸收、自由载流子色散、自相位调制和交叉相位调制的非线性效应作用,在波导输出端,目标脉冲的不对称时域和频域脉冲波形被观察,而且脉冲波形的改变依赖于注入功率、初始宽度、波导长度和脉冲时延参数。     

色散平坦渐减光纤中超连续谱的产生

对双正交偏振光脉冲在色散平坦渐减光纤中传输时超连续谱的产生进行了计算和分析。结果表明，由于交叉相位调制效应的作用，双光脉冲可以产生比单光脉冲明显展宽且更为平坦的超连续谱。对于双基孤子脉冲，可以得到-20dB谱宽达388nm的平坦宽带超连续谱，比单基孤子脉冲产生的超连续谱谱宽增加72nm，交叉相位调制效应对超连续谱的产生起到增强的效果。当输入脉冲的抽运功率较低时，交叉相位调制效应对超连续谱的产生的增强效果更为显著，它极大地提高了超连续谱的产生的效率。数值计算的结果还表明，与其他高阶非线性效应相比，拉曼自频率移效应对超连续谱产生的影响更为明显。     

非线性管理光纤光栅中的调制不稳定性研究

基于非线性耦合模方程,研究了非线性管理光纤光栅中的调制不稳定性,得到了调制不稳定性的色散关系。与常规的非线性光纤光栅相比,在非线性管理光纤光栅中,克尔非线性的变化改变了调制不稳定性增益谱的谱宽和幅度,并导致新的不稳定性区域的出现:在反常色散区,原来关于零波数对称的两个旁瓣随着克尔非线性变化的增加其增益幅度递减至零,在经历了一段无增益区域之后,又逐渐形成了在零波数附近区域的一个新的单峰;而在正常色散区,除了原来的两个增益区域之外,零波数附近出现了新的增益区,增益的幅度随克尔非线性变化的增加而递增。可见,非线性管理光纤光栅给调制不稳定性的产生提供了更多的空间。     

Modal Birefringence Dependent Supercontinuum Due to Cross-Phase Modulation in a Dispersion-Flattened/Decreasing Fiber

It was found by numerical analysis that a 320 nm wide and flat spectrum at 20 dB less than the central maximum intensity is generated from cross-phase modulated soliton pulses with 3.5 ps pulse width and 2.3 W peak power, which are propagated through a 2.4km length of dispersion-flattened/decreasing fiber (DFDF). The cross-phase modulation (XPM) at a central wavelength of 1.55 μm is achieved by exciting two orthogonally polarized modes into the principal axes. The wave-vector mismatch between the orthogonal pulses can be neglected because of soliton trapping when the modal birefringence of the DFDF is less than |n_ox - n_0y| = 10⁻⁶. The effect of modal birefringence on supercontinuum generation is discussed in temporal and spectral regimes by numerical analysis.     

自相位调制和交叉相位调制共同作用下抽运探测波结构中的信号扰动研究

针对强度调制直接检测波分复用系统研究了抽运探测波结构中自相位调制和交叉相位调制共同作用下的光信号传输,给出了确定任意抽运信号下的探测波时域波形及强度调制率的理论解析方法,分析了信道间隔、传输速率对于交叉相位调制的影响,发现抽运波自相位调制的作用主要体现在使探测波时域强度调制率有所增大,解析结果和数值仿真能较好地吻合。     

Enhanced Cross-Phase Modulation via Phase Control in a Quantum dot Nanostructure

A four-level quantum dot (QD) nanostructure interacting with four fields (two weak near-infrared (NIR) pulses and two control fields) forms the well-known double-cascade configuration. We investigate the cross-phase modulation (XPM) between the two NIR pulses. The results show, in such a closed-loop scheme, that the XPM can be greatly enhanced, while the linear absorption and two-photon absorption (gain) can be efficiently depressed by tuning the relative phase among the applied fields. This protocol may have potential applications in NIR all-optical switch design and quantum information processing with the solid-state materials.     

Cross-phase modulation instability in optical fibres with exponential saturable nonlinearity and high-order dispersion

Utilizing the linear-stability analysis, this paper analytically investigates and calculates the condition and gain spectra of cross-phase modulation instability in optical fibres in the case of exponential saturable nonlinearity and high-order dispersion. The results show that, the modulation instability characteristics here are similar to those of conventional saturable nonlinearity and Kerr nonlinearity. That is to say, when the fourth-order dispersion has the same sign as that of the second-order one, a new gain spectral region called the second one which is far away from the zero point may appear. The existence of the exponential saturable nonlinearity will make the spectral width as well as the peak gain of every spectral region increase with the input powers before decrease. Namely, for every spectral regime, this may lead to a unique value of peak gain and spectral width for two different input powers. In comparison with the case of conventional saturable nonlinearity, however, when the other parameters are the same, the variations of the spectral width and the peak gain with the input powers will be faster in case of exponential saturable nonlinearity.