光纤传输系统数值模拟中光纤节长度和步长的选取

随着光纤传输系统中传输速率逐渐提高,必须要考虑光纤传输系统中的偏振模色散。光纤传输模型用非线性薛定谔方程描述,利用分步傅立叶方法可计算光脉冲在光纤中的传输。分析了考虑偏振模色散时,不同光纤节长度和步长的选取对仿真结果的影响。     

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.     

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.     

五阶克尔非线性光纤放大器中光脉冲的传输特性

以变系数高阶非线性薛定谔方程为理论模型,对光脉冲在具有五阶非线性克尔效应光纤放大器中的传输特性进行了研究.在加入振幅微扰、相位扰动、噪声微扰的情况下,数值模拟了亮孤波、灰孤波和黑孤波在光纤系统中的传输稳定性,并且讨论了孤子间的相互作用.数值模拟结果表明:在有限的微扰下,三种光脉冲具有良好的传输稳定性.     

光纤中单光子传输方程的求解及分析

量子信息在光纤中传输时,会受到光纤损耗、色散、非线性效应等多因素的影响,将产生传输态的演化与能量转移.本文以单模光纤传输方程以及电磁场量子化理论为基础,对单模光纤中基模模场进行量子化处理,推导并建立了考虑损耗、色散、非线性效应后的单光子传输方程.基于微扰法对单光子非线性传输方程进行了求解,给出了稳定解存在的必要条件及其所满足的色散方程.深入讨论了广域光功率随微扰频率的变化关系,并且分析了光纤色散、非线性效应对解的影响.为量子光纤传输系统性能的深入研究奠定了理论基础.     

光纤损耗对孤子系统传输的影响

利用分步傅立叶法数值求解了包含光纤损耗效应的非线性薛定谔方程,分别仿真模拟了其对亮孤子和 暗孤子脉冲在各向同性光纤中传输特性的影响.结果表明,随着传输距离的增大,光纤损耗导致基阶亮孤子和暗孤 子的峰值功率减小,脉冲加速展宽.而对于高阶孤子,光纤损耗会破坏高阶亮孤子的周期性变化,但对于高阶暗孤子 的影响几乎与基阶暗孤子相同.因此在光纤损耗参数相同的情况下,暗孤子的相对衰减率比亮孤子的相对衰减率 小,故暗孤子比亮孤子更稳定.     

超短光脉冲在光纤中传输计算机模拟计算的研究

本文提出了一种研究超短光脉冲在介质中传输特性的简单的计算机计算方法.用该方法得到了正色散光纤中的频率调制、频谱加宽和方波自成形,以及负色散光纤中的一、二、三阶孤子传输.其数值计算结果与解非线性薛定谔方程的数值结果完全一致.     

光纤布拉格光栅非线性传输特性的数值研究

 回顾了光纤布拉格光栅非线性耦合模方程的数值求解方法,分析了基于隐式龙格 库塔方法的预报校正系统的特点。为实现简捷、高效、高阶精度的光纤布拉格光栅非线性耦合模方程的数值仿真,设计了基于连分式修正法的预报-校正系统并与基本方法进行了对比。采用该方法可以极大地加长光栅的分段长度以节约计算时间,同时也不存在仿真过程中因计算方法产生的不收敛现象,误差对比分析表明该方法能够准确地模拟光栅的非线性传输特性。为解决静态和动态情况下仿真方法不统一并避免数值计算引起的冲击响应,根据光栅中光波传输的物理过程建立了静态和动态情况下统一的数值仿真模型并研究了仿真中所采用的多种技术,利用这些技术能够有效地仿真连续波和脉冲输入情况下光纤布拉格光栅的非线性传输特性。     

具有高阶耦合色散系数三芯光纤耦合器非线性光开关特性的研究

利用两种方法研究了高速光脉冲在具有交叉相位调制的等边三角形排列结构的非线性三芯光纤耦合器中传输和开关特性.首先利用变分原理得到三纤芯中传输转移系数随距离变化的方程,然后利用分裂步长傅里叶方法求得了光脉冲的数值解.变分法和数值模拟的结果表明：当一阶模间色散系数较小时,光脉冲仍能在三芯之间周期性耦合传输,并且表现出良好的开关特性,但是随着一阶模间色散系数的增大,脉冲耦合传输的周期性和陡峭的开关特性都遭到破坏,光脉冲在传输中发生分裂;二阶耦合色散系数和初始啁啾都能使光脉冲传输时的耦合长度变短、光脉冲在三纤芯之间 关键词： 三芯光纤耦合器 模间色散系数 耦合长度 开关阈值功率     

单模及多模光纤折射率分布测量方法研究

通过对几种单模及多模光纤折射率分布测量方法的分析研究，得到单模光纤与多模光纤折射率分布测量方法的根本区别。由于单模光纤芯径比较小，因而只能用波动理论分析其传输机理，其中的远场法和近场法测量都是基于标量亥姆霍兹波动方程，即以单模光纤的基本传输理论进行测量；而多模光纤由于其芯径比较大，故而用射线理论分析其传输原理较为合理。多模光纤的折射近场法和近场扫描法均是以纤芯半径处数值孔径不同，对应的折射模和传导模不同为依据来进行测量的。     

脉冲激光在光纤中时间波形传输特性研究

给出了光纤传输激光脉冲波形特性测试的实验光路图,对比测量了经过空气传输和光纤传输两种方式的脉冲波形。实验测试了光束耦合到不同长度的单模和多模光纤与经空气传输后的时间脉冲波形,得到了激光脉冲波形的精细结构。实验结果表明,所选的多模和单模光纤经数百米传输后的脉冲展宽在容许误差范围之内,说明所选用的光纤可以作为纳秒激光时间脉冲波形测试的理想传输介质。     

光源功率衰减对闭环光纤电流互感器变比影响研究

通过分析光源功率、中心波长、传感光纤Verdet常量,以及闭环光纤电流互感器变比之间的关系,结合测试数据,证明了中心波长漂移是光源功率衰减引起闭环互感器变比变化的主要原因.提出了一种通过提取光路干涉结果中直流信息,修正闭环互感器数字输出的方法,实现光源功率衰减引起的互感器变比误差补偿.实验结果表明,在出光功率衰减程度相同的情况下,闭环互感器变比变化量从补偿前的1.53%降低到了补偿后的0.45%.     

非线性色散渐减光纤中高峰值脉冲的激发和传输

本文基于变系数的非线性薛定谔方程,数值地讨论高峰值脉冲在色散渐减光纤中的激发和传输。首先,基于变系数非线性薛定谔方程的Peregrine孤子解,解析和数值地讨论精确的Peregrine孤子在色散渐减光纤中的传输特性。其次,通过输入不同的平面波背景上的局域脉冲,研究高峰值脉冲在非线性色散渐减光纤中的激发和传输。结果显示Peregrine孤子在色散渐减光纤中传输时,会产生一个空间和时间都局域化的高峰值单脉冲,并且当啁啾为负时,脉冲的幅值增加,脉宽被压缩。若光纤系统存在增益,脉冲的幅值也会增加。由于非线性光纤中的调制不稳定性过程,不同平面波背景上的小局部扰动都可激发出高峰值脉冲,除了峰值和宽度略有不同外,激发脉冲的形状几乎相同。     

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.     

双光程光纤陀螺的温度致非互易性研究(英文)

为了提高陀螺的精度,提出了一种新型双光程光纤陀螺.在光纤环两端各连接一个偏振分束器,使得偏振光依次沿保偏光纤的快轴、慢轴传输两圈,其有效光程加倍,进而实现陀螺的Sagnac效应加倍.针对该光纤陀螺在温度场扰动下的非互易问题,分析了其特殊结构带来的温度致非互易误差,利用有限元分析法建立了相应的Shupe误差模型,并对光纤环90°熔点位置、光纤环折射率温度系数改变对Shupe误差影响进行了相应的理论计算与仿真分析,结果表明90°熔点置于光纤环中点或者选用折射率温度系数满足特定条件的光纤环可减小其Shupe误差.     

微结构光纤中超短激光脉冲传输的数值模拟

在传统求解广义非线性薛定谔方程(GNSE)分步傅里叶方法的基础上，提出了利用自适应分步 傅里叶方法(ASSFM)求解GNSE.数值模拟发现：在发生显著孤子峰值频移且微结构光纤的色散 和非线性参数随频率显著变化的情况下，采用ASSFM对超短脉冲在光纤中传输进行模拟是很 必要的，微结构光纤色散特性对超短脉冲在微结构光纤中的演化以及超连续光谱展宽有很大 影响.ASSFM可以合理地考虑到微结构光纤特性参数随脉冲演化过程中峰值功率所对应波长（ 或频率）的变化，从而更精确地模拟超短脉冲在微结构光纤中的传输. 关键词： 微结构光纤 超短脉冲 色散 自适应分步傅里叶方法     

光子晶体光纤中飞秒激光脉冲传输研究

为更精细地描绘飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的传输和演化,用分步傅里叶方法求解广义非线性薛定谔方程(GNSE)的基础上,研究了光纤参量随脉冲峰值频移的变化.模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中传输和演化的过程.研究发现：光纤色散和强非线性对飞秒脉冲在光子晶体光纤中传输、演化以及超连续谱的展宽有很大影响.     

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     

多模光纤放大器输出光分析

根据不同的泵浦方式,对多模光纤放大器运用多模速率方程组,采用四阶龙格-库塔法数值计算和分析了在不同泵浦方式下的泵浦效率和信号光在光纤放大器中的传输、放大行为,并研究了在光纤放大器光纤长度有微小变化(mm量级)的情况下,输出光的光束质量与光纤长度的关系。结果表明：输出信号光的光束质量因子随光纤长度微小变化而呈准周期变化,周期与信号光耦合入光纤放大器的本征模式间的传播常数差有关。     

多模光纤放大器输出光分析

根据不同的泵浦方式,对多模光纤放大器运用多模速率方程组,采用四阶龙格-库塔法数值计算和分析了在不同泵浦方式下的泵浦效率和信号光在光纤放大器中的传输、放大行为,并研究了在光纤放大器光纤长度有微小变化(mm量级)的情况下,输出光的光束质量与光纤长度的关系。结果表明:输出信号光的光束质量因子随光纤长度微小变化而呈准周期变化,周期与信号光耦合入光纤放大器的本征模式间的传播常数差有关。