超高斯型光脉冲在零色散区传输特性的研究

根据超短脉冲在光纤中传输所遵从的高阶非线性薛定谔方程,采用分步傅里叶方法模拟了超高斯型超短脉冲在光纤中的传输演化.在零色散区对损耗、高阶色散、高阶非线性、啁啾等因素对光脉冲传输的影响进行分析并得出了一些结论:损耗对传输脉冲的形状影响比较小基本上可以忽略,对脉冲的幅度影响比较大.一阶孤子传输一段距离后稳定时的幅度和脉宽在传输时基本不变,是进行光孤子通信的理想载体,而高阶孤子在开始传输和传输过程中的幅度和脉宽变化较大.当这些因素共同作用时,对脉冲的传输特性有较大的影响.但通过合理的选择各个影响因素的参量,能得到一个比较适于信息传输的高阶孤子脉冲.这对通过提高入射光脉冲功率使光脉冲在光纤中形成高阶孤子来提高两光中继器之间的中继距离的研究有一定的参考意义.     

飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱产生

采用分步傅里叶方法数值模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生. 计算和分析了高阶色散和非线性效应对超连续谱形状和带宽的影响. 结果表明在光子晶体光纤中产生了孤子自频移现象. 同时也发现脉冲内拉曼散射和自相位调制的联合作用导致了超连续谱中精细结构的出现. 另外，还发现高阶色散和初始光脉冲的峰值功率对超连续谱的带宽和平滑也有直接影响. 关键词： 光子晶体光纤 孤子自频移 超连续谱     

飞秒脉冲在光子晶体光纤中的传输特性

 基于广义非线性薛定谔方程,利用分步傅里叶法数值模拟了超高斯时间分布的飞秒脉冲在光子晶体光纤中的传输特性。结果表明：超高斯脉冲比高斯脉冲在更短距离内形成孤子衰变,而且出现比强孤子功率稍低的次峰,孤子自频移更显著;另外,三阶色散会导致脉冲波形及频谱不对称,出现精细结构,并且有形成孤子的趋势;脉冲内拉曼散射对脉冲有平滑作用;自陡改变了主峰与次峰之间的能量分配。     

高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲的传输特性和超连续谱产生机制的实验研究及模拟分析

用实验和数值模拟两种方法研究了高非线性光子晶体光纤中飞秒激光脉冲的传输特性和超连续谱的产生机理，给出了抽运脉冲在三种不同中心波长情况下输出光谱展宽并形成超连续谱的实际测量及理论模拟结果.研究表明：在零色散波长抽运时，光谱展宽以自相位调制为主，同时三阶色散的影响明显，传输脉冲在时域内出现振荡次峰.而在反常色散区抽运时，光谱展宽的初期以自相位调制为主，随后根据抽运功率的不同孤子自频移、高阶光孤子的裂变和四波混频效应会逐渐增强，进而成为光谱展宽的主要原因.与此相应，在时域中能明显看到孤子的形成和红移，飞秒传输脉 关键词： 光子晶体光纤 高非线性光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续谱     

三阶色散和受激拉曼散射效应对呼吸孤子作用的相互平衡

以高阶复系数Ginzburg-Landau方程为模型,就高阶非线性效应(比如:三阶色散、自陡峭、自频移等)对呼吸孤子传输特性的影响进行了详细的分析,结果表明:当各高阶非线性效应单独作用时,可能会导致呼吸孤子形状的不对称或脉冲中心偏移等现象,但是,当它们共同作用于呼吸孤子时,适当的参数选取可以使它们对呼吸孤子的影响相互抵消,从而使呼吸孤子实现保型传输。     

高阶效应对光纤系统中孤子和艾里脉冲传输特性影响的数值研究

以变系数耦合高阶非线性薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶方法,讨论了孤子和艾里脉冲在光纤中的传输特性。研究表明三阶色散、自频移和自陡峭效应导致孤子和艾里脉冲所分离出的俘获孤子的中心位置发生偏移,且三阶色散会影响俘获孤子的强度,并讨论了两脉冲的中心位置及强度对艾里脉冲截断系数的依赖关系。     

亚皮秒光脉冲在密集色散管理光纤中的传输特性

文章从包含高阶效应的非线性薛定谔方程出发,基于一种二阶和三阶色散都作了完全补偿(零路径平均色散)的光纤级联系统模型,用数值法对亚皮秒(几百飞秒)高斯光脉冲在密集色散管理光纤(放大周期远远大于色散补偿周期,La>>Lc)中的传输特性做了研究.结果表明啁啾化亚皮秒光脉冲在短周期色散补偿光纤中可以实现稳定传输.色散管理的密集化程度越高,即色散补偿周期越短,光脉冲在光纤中传输时的呼吸度越小,前后脉冲间的相互作用也越弱,有利于提高光纤传输系统的性能.此外,由于色散管理孤子的系统功率较小,因此高阶非线性项的影响不大.     

色散缓变光纤中飞秒高阶孤子脉冲的增强压缩

提出了一种利用孤子绝热放大效应与高阶孤子脉冲压缩效应相结合来压缩飞秒高阶孤子的新方法.通过数值模拟方法证明,采用三阶色散为负的色散缓变光纤压缩高阶孤子,可利用喇曼散射效应与负三阶色散的相互作用,消除正三阶色散对光脉冲压缩产生的不利影响,增加压缩比,提高压缩后光脉冲的质量.研究表明,在色散缓变参量一定的情况下,孤子阶数越高,所需最佳光纤长度越短、光脉冲的压缩比越大;对于相同功率的孤子光脉冲,光脉冲的压缩比随着色散缓变参量的增大而增大;无论是孤子脉冲还是高斯脉冲都适合于色散缓变光纤中的高阶孤子脉冲压缩.     

拉曼增益对孤子传输特性的影响

利用考虑拉曼增益效应的非线性薛定谔方程, 在忽略光纤损耗的情况下, 采用基于MATLAB的分步傅里叶数值算法, 得出线性算符和非线性算符具体的表达式, 分步作用于光孤子脉冲传输方程, 仿真模拟了光孤子在光纤中传输时的演变. 与不考虑拉曼增益的光孤子在光纤中传输相对比, 探析了拉曼增益对孤子传输特性的影响.拉曼增益会破坏孤子的传输周期, 导致孤子在光纤中传输时快速衰减, 并且影响程度和输入孤子的脉冲峰值功率大小有关, 拉曼增益对基态孤子和高阶孤子的影响也不相同. 关键词： 拉曼增益 孤子 对称分步傅里叶法 非线性薛定谔方程     

双折射光子晶体光纤中基于孤子分裂的超连续光谱产生

利用亚纳焦量级、脉冲宽度为100 fs的激光脉冲在双折射光子晶体光纤中获得了450—1050 nm 的超连续光谱,且超连续光谱具有明显的分立峰状结构.分析了光谱中分立峰状结构产生的物理机制,抽运光波长处于接近零色散波长的反常色散区,形成高阶光孤子,由于高阶非线性和高阶色散的影响,高阶孤子分裂成多个基孤子,使初始光谱上演化出红移的光孤子成分和蓝移的色散波成分.理论模拟了飞秒激光脉冲在光纤中的色散特性和传输特性,较好地解释了实验结果. 关键词： 光子晶体光纤 超连续光谱产生 孤子分裂 脉冲俘获     

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。     

Soliton dynamics of megawatt ultrashort light pulses in a hollow photonic-crystal fiber: Effect of high-order dispersion and retarded nonlinearity

The properties of megawatt optical solitons in hollow photonic-crystal fibers (PCFs) are studied. We demonstrate regimes where high-power laser pulses can be compressed to a few cycles of light field and identify the main tendencies in the soliton dynamics of ultrashort laser pulses in hollow PCFs originating from dispersion properties and limited transmission band of such waveguides. The influence of retarded nonlinearity on the soliton dynamics of high-power laser pulses in a hollow PCF is analyzed. In a multisoliton regime, retarded nonlinearity and high-order dispersion are shown to result in the formation of high-power pulses displaying no oscillations of their temporal envelope, which would be typical of standard high-order solitons.     

光纤中飞秒光孤子脉冲传输的高阶因素分析

用数值分析的方法,从脉冲波形和脉冲中心位置的漂移两方面,分析了三阶色散和高阶非线性效应对在正常色散光纤中传输的飞秒光弧子的影响,指出单独的三阶色散或高阶非线性都影响脉冲波形,但二者有一个最佳的抵消值,并且三阶色散是引起脉冲中心位置漂移的主要因素.     

偏振模色散影响下飞秒孤子的传输特性研究

以Maxwell电磁场理论为基础，在综合考虑了高阶色散、高阶非线性、自相位调制、交叉相位调制、自变陡、脉冲内喇曼散射及偏振模色散等因素的基础上，推导了飞秒孤子脉冲在双折射光纤中传输的耦合非线性薛定谔方程，并利用分步傅里叶方法对该方程进行了数值计算，研究分析了偏振模色散对飞秒孤子传输的影响。结果发现：当Dp≤0.1ps/km1/2时，偏振模色散对系统的影响很小，随着偏振模色散值的增大，系统的传输性能迅速恶化，当偏振模色散值达到0.3ps/km1/2时，系统的传输距离已经不到无偏振模色散时的1/3；若同时考虑光纤的高阶效应，以飞秒孤子作为载体的系统已经不能实现高速长距离的传输。     

色散和非线性效应对高斯脉冲综合影响的理论分析

从光孤子传输所满足的非线性薛定谔方程出发,采用单独分析和综合分析对比,分析了影响高斯脉冲传输的色散、非线性等因素,结果表明：二阶色散参量只会影响脉冲的幅值,对脉冲形状影响不大,而输入脉冲的啁啾则是使脉冲发生形变的主要原因|在啁啾、三阶色散和五阶非线性的共同作用下,它们对脉冲都会产生较大的影响,且存在相互影响和制约作用,在某一临界值,对脉冲存在着较高的压缩增益效应和“整形”作用.从理论上提出了改善高斯光脉冲在光纤中传输特性的解决方案,这对光纤孤子通信的实践过程具有一定的理论借鉴意义.     

负啁啾脉冲在正负色散光纤中传输特性研究

对负啁啾脉冲在正常色散光纤中传输特性进行了数值分析和实验研究，数值分析与实验结果基本一致。数值分析和实验证明正常色散光纤不仅能压窄负啁啾的脉宽而且能压窄频谱，采用正常色散光纤消啁啾后用色散位移光纤为传输媒质成功地进行了一阶和高阶孤子传输。     

用变分法研究高阶色散和五阶非线性对高斯脉冲在光纤中传输特性的影响

从修正的非线性薛定谔方程出发,采用变分法,导出了在高阶色散和五阶非线性共同作用情况下高斯型脉冲参量随传输距离的演化方程组;求出了振幅与脉宽、频率与啁啾、脉宽与啁啾之间的三个重要约束关系;并进一步得出了脉宽随传输距离演化的解析解和脉冲中心位置随传输距离的演化规律;描绘了高阶色散和五阶非线性下,脉宽随传输距离演化的图形.结果表明:光纤中的高阶色散和五阶非线性都会影响高斯型脉冲各个参量的演化,但脉宽和振幅间的绝热关系并未改变.高阶色散使高斯型脉冲的脉宽展宽,五阶非线性使高斯型脉冲的脉宽压缩,它们对脉宽或初始啁啾的影响可以在一定程度上抵消,从而有可能使脉冲近似实现保形传输.     

色散缓变光纤的非线性啁啾效应

由于光孤子在光纤中传输受到啁啾效应等多种因素的影响 ,使孤子脉宽展宽 ,光脉冲在终端变得不可检测 ,严重影响误码率 ,所以研究不同因素对孤子脉宽的影响有其重要意义。本文求解了色散缓变光纤中含频率非线性啁啾效应的NLS方程 ,由得到的孤子解讨论了非线性啁啾效应和色散缓变效应对孤子脉宽的影响 ,由此说明 ,色散缓减效应等效长距离分布参数光纤放大器的增益 ,它导致非线性效应增加 ,孤子进一步被压缩 ,非线性啁啾效应使孤子在z值较小时 ,其脉宽收缩 ,在z值较大时又使孤子脉宽展宽。     

非均匀光纤中暗孤子传输特性研究

由于变系数非线性Schrödinger方程的增益、色散和非线性项都是变化的, 根据方程这一特点可以研究光脉冲在非均匀光纤中的传输特性. 本文利用Hirota方法, 得到非线性Schrödinger方程的解析暗孤子解. 然后根据暗孤子解对暗孤子的传输特性进行讨论, 并且分析各个物理参量对暗孤子传输的影响. 经研究发现, 通过调节光纤的损耗、色散和非线性效应都能有效的控制暗孤子的传输, 从而提高非均匀光纤中的光脉冲传输质量. 此外, 本文还得到了所求解方程的解析双暗孤子解, 最后对两个暗孤子相互作用进行了探讨. 本文得到的结论有利于研究非均匀光纤中的孤子控制技术.     

Numerical simulation of propagation of a femtosecond optical soliton in a single-mode fiber with allowance for the imaginary part of Raman response

We consider the effect of Raman inertial response of a medium on the stability of a first-order femtosecond soliton. Numerical solution to the high-order nonlinear Schrödinger equation, with the complex Raman term, describing propagation of a femtosecond optical soliton in a single-mode fiber, is obtained. It is shown that a soliton solution of the high-order nonlinear Schrödinger equation exists under certain conditions imposed on the equation coefficients. These conditions lead to limitations on the wavelength, fiber type, and the highest energy. Results of numerical solutions are in agreement with available experimental data.