光子晶体光纤中多泵浦四波混频光谱增益特性研究

研究了信号与泵浦光同向传输,在色散平坦高非线性光子晶体光纤中的多泵浦四波混频光谱增益特性,从光谱学的角度分析了泵浦光波长漂移,泵浦光偏振方向平行与正交,信号光相对于泵浦光偏振态失配,二者总功率对多泵浦四波混频光谱增益特性的影响,探讨了泵浦光数目对多泵浦四波混频光谱增益特性的冲击。研究发现在36.4 nm波长范围,二者偏振态匹配时多泵浦四波混频效果最好,同时,多泵浦四波混频效应对偏振极为敏感,若两束泵浦光偏振态垂直,则它们分别与信号光发生四波混频,反之,则两束泵浦光之间亦会发生四波混频作用,且在正交泵浦的前提下,信号光偏振方向变化会直接导致各闲频光增益大小发生变化;进一步指出当采用三束连续泵浦光时,同样可以在一定波长范围内实现多泵浦四波混频效应。这些研究对于开发基于光子晶体光纤中多泵浦四波混频效应工作的超快光子器件具有一定的指导意义。     

基于半导体光放大器垂直双泵浦对偏振复用正交相移键控信号波长变换的性能研究

针对偏振复用相位调制信号的全光波长变换特性问题,基于半导体光放大器中四波混频效应,建立了对偏振复用正交相移键控信号的全光波长变换理论模型.根据理论分析,建立了仿真系统,仿真结果表明:泵浦光与信号光之间的频率间隔、偏振复用信号中的一个信号与一号泵浦光的偏振夹角对系统转换效率和信号质量有影响;波长转换过程中交叉相位调制产生的相位噪音会对信号质量有影响,且当泵浦光功率较大、泵浦光功率远大于信号光功率时,交叉相位调制效应的影响较小,仿真结果与理论分析一致.本文研究方法和相关结论对其它偏振复用信号基于半导体光放大器四波混频效应的波长变换研究有一定的参考价值.     

在单零色散微结构光纤中一次抽运同时发生两组四波混频的实验观察

采用可以减小纤芯面积的小气孔设计方案巧妙设计并成功拉制了一根高非线性的单零色散微结构光纤.利用有限元法模拟并计算得到了该光纤的基模有效折射率、色散系数和非线性系数等基本属性随波长的变化关系,然后利用四波混频的有效相位失配方程模拟了其相位失配曲线.模拟表明,在该光纤中可以同时发生两组四波混频.在位于微结构光纤的正常色散区的0.800,0.810和0.820μm三个波长处,分别采用不同的功率抽运,在实验上都非常明显地观察到了分列于抽运波长两侧的四个增益波带的产生.经与相位失配曲线比较,发现它们满足相位匹配条件,从而证明了两组四波混频过程的同时发生.实验结果与理论预言符合得很好.发生在正常色散区的四波混频效应的产生可归结于负的四阶色散对相位匹配过程的贡献.本文研究可对微结构光纤的结构设计和基于四波混频的多波长转移技术的发展提供经验与借鉴,同时也对非常见波段激光器和宽带光源的开发具有参考意义.     

单模光纤中的四波混频

四波混频(FWM)是石英光纤中的一种重要的非线性光波相互作用,在频分复用(FDM)和波分复用(WDM)光纤通信系统中,四波混频引起的信道间的串话和白噪音远远大于受激喇曼(SRS)串扰,并且四波混频(FWM)能够有效地产生新频率光波,因而受到极大关注;本文详细分析了在CW泵浦下单色光在石英单模光纤中的四波混频。推导出四波混频新光波的功率的解析式,其中考虑了泵浦波的自相位调制(SPM)和交叉相位调制(CPM)对四波混频光波功率的影响,并对其进行了数值模拟。     

基于四波混频的光纤非线性系数测量方法

为解决四波混频法测量光纤非线性系数未考虑泵浦消耗而导致结果不准确的问题,提出了一种在简并四波混频情况下测量非线性系数的方法.根据光纤中简并的四波混频理论,推导出了考虑泵浦消耗和光纤损耗的椭圆方程.通过设定数值计算所需的各个参量并利用简单的数学方法分析了计入泵浦消耗、光纤损耗的必要性,得到被测光纤的非线性系数,与Optisystem的仿真结果一致.研究表明,这种改进的测量方法不但适用于小信号情形下的四波混频过程,还可以应用于出现参量饱和现象的场合,为进一步设计光纤2R再生器件提供了重要依据.     

基于四波混频的光纤非线性系数测量方法

为解决四波混频法测量光纤非线性系数未考虑泵浦消耗而导致结果不准确的问题,提出了一种在简并四波混频情况下测量非线性系数的方法.根据光纤中简并的四波混频理论,推导出了考虑泵浦消耗和光纤损耗的椭圆方程.通过设定数值计算所需的各个参量并利用简单的数学方法分析了计入泵浦消耗、光纤损耗的必要性,得到被测光纤的非线性系数,与Optisystem的仿真结果一致.研究表明,这种改进的测量方法不但适用于小信号情形下的四波混频过程,还可以应用于出现参量饱和现象的场合,为进一步设计光纤2R再生器件提供了重要依据.     

光子晶体光纤四波混频光谱中相位匹配特性的研究

与传统光纤不同,光子晶体光纤可以具有多个零色散波长,在四波混频光谱中,具有更丰富的相位匹配特性。目前很多文献报道了光子晶体光纤非线性光学特性的实验结果,但对其产生机理及光谱的变化规律缺乏详细的理论分析。为此对光纤中四波混频原理进行了分析,给出了高增益的相位匹配条件。利用多极法计算了光子晶体光纤的非线性系数及色散特性。对具有多个零色散波长光子晶体光纤的相位失配特性进行了分析,得到了相位匹配波长随泵浦波长及泵浦功率的变化规律。给出了相位匹配曲线,分析了不同色散曲线的相位匹配波长特点,两个零色散波长光子晶体光纤,在四波混频光谱中将激发出四个新的波长。实验得到了两个零色散波长光子晶体光纤的四波混频光谱,与理论分析一致,验证了相位匹配理论的可靠性。多个零色散波长光纤,能产生丰富的相位匹配曲线,会出现更多的四波混频波长,可以有效的控制光孤子及超短脉冲的四波混频及共振散射产生的光谱特性。为光子晶体光纤中基于四波混频的波长变换及超连续谱的研究提供了理论指导。     

基于光子晶体光纤中FWM的4×10 Gbit/s全光波长转换

 多波长转换对于增强波分复用光网络的灵活性具有重要意义。基于光子晶体光纤中的多四波混频原理,实现了4×10 Gbit/s全光波长转换,深入调查了泵浦功率、光纤长度、信号光与泵浦光偏振失配对波长转换信号质量的影响。结果表明：当泵浦光功率从6 dBm到20 dBm增长的过程中,转换信号Q因子随泵浦光功率增大而增大,最大为82.01,光纤长度从50 m到120 m变化过程中,转换信号Q因子最大为57.41,而随着信号光与泵浦光偏振失配角的增大,转换信号Q因子逐渐降低,当失配角大于60°后,转换信号质量急剧下降。     

分段小信号近似方法研究准相位匹配倍频效率

从PPLN波导微结构出发分析准相位匹配倍频过程中的相位补偿机理,以极化畴为单元,通过耦合波方程计算极化畴内产生的二次谐波电场,通过电场相干叠加计算倍频效率。分别在小信号近似和基频光高消耗情况下计算准相位匹配倍频效率,结果显示：倍频效率小于5％时,两种情况下的计算结果吻合得很好;随着转换效率增大,小信号近似不再适用,需要在基频光高消耗情形下计算倍频效率。研究了基频光功率密度与准相位匹配倍频效率的关系,定性分析了极化周期存在误差时,误差对倍频效率的影响。     

空频复用光纤中四波混频过程的解析分析方法

空分复用(SDM)与波分复用(WDM)的结合有效提升了光纤通信系统的容量,其中光纤的非线性影响不可忽视.本文将光纤四波混频作用过程由WDM频域推广到模分复用(MDM)空间域,第一次给出抽运消耗情形下空频域四波混频的统一解析表达式.通过数值计算非简并四波混频耦合模方程的幅度和相位演化特性,验证了解析分析方法的正确性.讨论了解析解在多波耦合方程简化、大规模并行相位运算器设计以及快速非线性补偿等方面的应用.     

极性倍频晶体中的相干喇曼混频

本文建立了极性倍频晶体中极化声子相干喇曼混频的耦合波方程,其中考虑了超喇曼极化率β_R.该方程在小信号、声子近似以及喇曼驱动的参量近似下求解.结果表明:在高强度泵浦光受激喇曼散射的相干驱动下,极性倍频晶体可以在泵浦光倍频附近产生极化声子的相干喇曼光束.这种光束可以通过不同的相干喇曼混频过程,由倍频光直接转换,或由基波光直接转换,还可以由倍频光与基波光共同转换而成.这三种转换过程具有各自不同的相位失配因子.在一定条件下,后两种过程可以同时进行.在LiIO_3晶体中证实了上述的结论.实验中泵浦光强度约3.0×10~9W/cm~2.     

周期性极化铌酸锂波导全光开关特性分析

从理论方面研究了基于和频与差频级联二阶非线性效应的周期性极化铌酸锂波导全光开关的特性,给出了耦合模方程在满足相位匹配条件下小信号近似的解析表达式.用数值方法求解耦合模方程,讨论了相位失配情况下输出的信号光功率与控制光功率的关系.分析了全光开关器件的极化反转光栅周期、晶体温度、控制光波长等参量的容差特性与相互作用长度和晶体温度的关系 关键词： 级联二阶非线性 光开关 准相位匹配 周期性极化铌酸锂     

在远离光子晶体光纤零色散波长的正常色散区入射飞秒脉冲产生四波混频及孤子效应的实验研究

在远离光子晶体光纤零色散波长的正常色散区入射飞秒脉冲,实验产生了一对由四波混频引起的信号波带和闲频波带,及一对由脉冲内拉曼散射和非孤子辐射引起的孤子和色散波带,并观察到功率饱和现象.利用有限元法理论模拟了光纤的色散和非线性特性,用四波混频的相位匹配条件模拟了光纤在满足相位匹配条件下所产生的信号波带和闲频波带出现的可能位置,并与实验结果符合得很好.结果表明:即使在光子晶体光纤的正常色散区抽运激光脉冲亦可以产生四波混频和孤子效应;研究发现四波混频的产生是由四阶色散参量引起的;并进一步从理论上解释了孤子及色散波的产生原因.     

SBN:Cr晶体的光折变四波混频相位共轭特性实验研究

从实验上研究了同成分SBN:Cr晶体在He-Ne激光照射下的四波混频相位共轭特性.首先测量了在不同泵浦光与信号光光强比m及不同光束夹角2θ的情况下,晶体的四波混频相位共轭反射率R随泵浦光强比p的变化关系.其次测量了泵浦光束与信号光束耦合方向对SBN:Cr晶体的四波混频相位共轭特性的影响,并就两种不同掺杂浓度的晶体样品进行了对比,所得实验结果与理论分析基本一致.最后,利用SBN:Cr晶体四波混频相位共轭特性进行了图象畸变消除实验.     

时隙交织信道的四波混频均衡再生

给出了适用于多波长再生的数据抽运简并四波混频(FWM)耦合模方程组,提出了时隙交织波长信道再生的准相位匹配均衡方法。从优化设计简并FWM相位失配因子入手,针对实验室已有的光纤,实现了4个固定波长信道的均衡再生;通过设计光纤参数,在一定带宽范围内可实现任意4个波长的均衡再生。计算结果表明,再生输出信号的脉冲峰值功率、消光比(ER)和Q值之间的差异分别不超过0.25dB、0.42dB和1.5。     

利用微扰法分析两个相互耦合的参量四波混频过程

利用微扰法在旋转波近似下分析了铷原子中两个独立的参量四波混频过程和一个耦合的参量四波混频过程.当用超短激光脉冲相干激发这两个参量四波混频过程时,两个过程就会同时出现并且存在相互耦合作用.微扰分析表明,耦合的参量四波混频信号中可以观察到量子拍,量子拍幅度的大小不仅取决于超短脉冲的特性,而且依赖于两个耦合的参量四波混频过程中的相位匹配.     

Ce:KNSBN光折变类光纤简并四波混频特性研究

研究了Ce:KNSBN光折变类光纤在泵浦光和信号光夹角分别为小角度和大角度两种情况下简并四波混频的基本特性.当夹角较大时,在光折变类光纤内部形成了两个四波混频作用区域,获得了比小角度情况提高4倍的大相位共轭反射率.给出了Ce:KNSBN光折变类光纤中,在入射夹角分别为小角度和大角度两种情况下,相位共轭光反射率分别随信号光光强、两束泵浦光光强比变化的实验结果,并用理论公式进行了拟合,理论分析和实验结果相符.还研究了Ce:KNSBN光折变类光纤四波混频光栅模式和相位共轭光时间响应特性.光折变类光纤的相位共轭响应时间较快,可为秒量级.     

Ce∶KNSBN光折变类光纤简并四波混频特性研究

研究了Ce∶KNSBN光折变类光纤在泵浦光和信号光夹角分别为小角度和大角度两种情况下简并四波混频的基本特性 .当夹角较大时 ,在光折变类光纤内部形成了两个四波混频作用区域 ,获得了比小角度情况提高 4倍的大相位共轭反射率 .给出了Ce∶KNSBN光折变类光纤中 ,在入射夹角分别为小角度和大角度两种情况下 ,相位共轭光反射率分别随信号光光强、两束泵浦光光强比变化的实验结果 ,并用理论公式进行了拟合 ,理论分析和实验结果相符 .还研究了Ce∶KNSBN光折变类光纤四波混频光栅模式和相位共轭光时间响应特性 .光折变类光纤的相位共轭响应时间较快 ,可为秒量级 .     

长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的理论研究

本文数值研究了长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的产生.依据准连续波近似下的相位匹配条件和能量守恒定律,能够理论上确定在光子晶体光纤正常色散区抽运时,四波混频效应产生的信号光和空闲光波长;以及在光纤反常色散区抽运时,调制不稳现象产生的两个对称旁瓣波长.利用自适应分步傅里叶法,定量地模拟了利用波长为1064 nm的亚纳秒激光器抽运两种不同色散特性的光子晶体光纤四波混频效应和超连续谱的产生,模拟结果与实验结果符合非常好. 关键词： 光子晶体光纤 超连续谱 四波混频 自适应分步傅里叶法     

关于简并四波混频中背景噪音的讨论

本文对简并四波混频中由泵浦对变化引起的背景噪声作了讨论。着重分析了在相位失配情况下引起的噪声。