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。     

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。     

单模光纤中超短脉冲的前向四波混频

给出了一组在单模光纤中超短脉冲前向四波混频的耦合波方程。利用这组方程所作的数值研究表明：在低转换和脉冲的走离远小于脉冲宽度的条件下,越短脉冲前向四波混凝的转换效率对相位失配的关系与连续波四波混频情况基本相同,不存在使增益为零的Δｋ（ｋ为不考虑非线性折射率时模的波数）的取值区间,蛤峰值条件应该是Δｋ＝０（ｋ为计及非线性折射率时模的波数）,而不是Δｋ＝０;窄脉冲的转换效率略低且峰值位置与Δｋ＝０稍有偏     

四波混频泵浦消耗过程的相位匹配条件研究

采用解析方法分析讨论泵浦消耗情形下的准相位匹配范围以及相位匹配条件的变化,并给出相位匹配条件的表达式.比较分析小信号近似和泵浦消耗两种情形下四波混频增益演化过程.研究表明,在泵浦消耗情形下,随转移功率的增大,满足总相位匹配的线性失配因子从负值逐渐趋于0,准相位匹配范围也越来越小;确定四波混频的准相位匹配范围,可简化波分复用或空分复用系统中级联四波混频的分析过程;小信号近似模型只适合于转移功率远小于泵浦功率的情形,满足总相位匹配的线性失配因子不依赖于光纤长度.     

受激布里渊散射相位共轭波的四波混频放大

本文介绍了一种产生相位共轭波的方法.此方法兼有四波混频方法和受激布里渊散射方法的优点,可得到转换效率大于1的高质量的相位共轭波.     

具有非均匀零色散波长光纤中的四波混频

提出了一种分析具有非均匀零色散波长光纤中四波混频(FWM)的简便方法,导出了多段不同零色散波长组成的光纤中和零色散波长连续变化的光纤中四波混频效率的计算公式.实例计算结果表明,光纤中零色散波长分布的不均匀,会影响四波混频效率,特别是在抽运光和检测光波长间隔较大时,影响尤为显著. 关键词： 四波混频 相位匹配 零色散波长     

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.     

四波混频在长距离相干光纤传输中的影响

本文研究光纤非线性现象之一的四波混频对长距离相干多路光纤传输系统的影响.通过对一条长度为550km,采用9个掺铒光纤放大器的频分复用系统的实验,清楚地观察到了四波混频这一光纤非线性.实验的结果符合对四波混频的理论分析与计算.结果表明:对信息容量在每秒10~9bit数量级,采用常规的不归零码作信号方式的多路传输,光纤中的四波混频现象将严重地影响其传输性能.     

共振简并四波混频光学相位共轭的研究

本文考虑了非线性极化强度对cos(k·r)的依赖关系,对共振增强简并四波混频的半经典处理提出了修正,得到相位共轭反射率满足的Riccatti方程.使用可调谐连续波CO_2激光器和SF_6气体作非线性介质作了实验研究.获得了(0.2～0.8)×10~(-4)的反射率.     

Nd:YAG激光在单晶硅中的四波混频相位共轭

以单晶硅作非线性介质,用调Q脉冲Nd:YAG激光作四渡混频,获得了相位共轭反射光波.从光激发电子-空穴对浓度及其所产生的相位光栅出发,理论计算了相位共轭镜的反射率.实验获得的共轭镜反射率为125%,并与实验中显示了其对相位干扰的补偿特性.     

Phase Matching Property of Cross Polarization Four Wave Mixing in BaTiO3 Crystal

Four wave mixing (FWM) is of considerable interest in generation of a phase conjugate beam with photorefractive crystals. The common methods of FWM are parallel polarization FWM and cross polarization FWM. In this paper, we analyze the phase matching property of the latter. First, we consider the phase matching condition, and derive equations representing the angler relationship of interacting beams. Then, we consider the phase mismatching which is caused by shift of the probe beam angle from the phase matching condition, and calculate the effect of the shift of this angle on the amount of phase mismatching. We also determine and closely examine the coupling constant.     

Temperature Dependence of Resonant Four Wave Mixing in Erbium-Doped Optical Fibers

Temperature dependence of resonant four-wave mixing (RFWM) in an erbium-doped optical fiber without amplification is investigated experimentally. A large change in the refractive index resulting from the transition absorption is induced in the erbium-doped fiber. The maximum reflectivity of RFWM at 0.3 m fiber length increases from 4.1% to 5.5% with change in temperature from 40°C to - 196°C. The temperature-dependent reflectivity characteristics correspond to the change in the absorption cross section at 1.53 μm wavelength.     

利用自发四波混频测量光子晶体光纤色散

使用脉宽为1.6ps的脉冲光抽运0.6m长的光子晶体光纤,测量由光纤中自发四波混频过程所产生光子对的频谱,并利用所获得的相位匹配数据确定了待测光纤的色散。当抽运光的中心波长以1nm的步长,在1037～1047nm的范围内变化时,通过可调谐滤波器和单光子探测器测量光子晶体光纤产生的信号和闲频光子对的频谱,从而获得11组四波混频相位匹配数据。然后使用阶跃有效折射率模型对所获得的相位匹配数据进行拟合,得出待测光子晶体光纤的纤芯半径和包层空气比的有效值分别为0.949μm和29.52%,并在此基础上计算了光纤的色散及全频谱范围内的四波混频相位匹配曲线。实验结果显示,曲线预测值与实测值之间误差小于0.1%。     

组合光纤中受激拉曼散射和四波混频研究

在抽运光和耦合条件不变的情况下,研究了熔接组合的非零色散位移单模光纤(NZDSF)和标准单模光纤(SMF)中的受激拉曼散射(SRS)和四波混频(FWM)产生和传输特征。采用532 nm脉冲激光抽运NZDSF,从20 m处开始产生以LP₀₁模传输的SRS第一级Stokes光;紧接着在30 m处产生了FWM,SRS受到FWM抑制,传输模式逐渐转化为LP₁₁模;经过80 m处熔接点后,由于熔接处双锥光纤结构使光场模式互相干涉,光波模式恢复为LP₀₁模,FWM受到抑制。该现象和机理有利于抑制密集波分复用(DWDM)系统中光学非线性失真和促进光孤子通信系统的发展。     

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.     

色散位移光纤中的四波混频现象的实验研究

采用不同波长和类型的光源作为入射光信号,对色散位移光纤中的四波混频进行了实验研究。实验比较了不同色散位移光纤链组合时产生的四波混频信号的大小,研究表明,为了减小四波混频,应该在每一放大器间距内将零色散点波长距信号光波长较远的光纤铺在最接近掺铒光纤放大器处,而零色散点波长距信号光波长较近的光纤应该远离掺铒光纤放大器。对实验中的各种现象进行了理论分析,提出了一些减小四波混频的有益建议,实验结果和理论分析基本一致。     

TDM泵浦光纤拉曼放大器四波混频噪声的分析

四波混频作为一种噪声广泛存在于各种光放大器中,论文将对TDM泵浦方式的拉曼放大器的四波混频噪声进行分析和仿真,最后提出改善四波混频噪声的方法。     

Reflectivity Characteristics of Resonant Four Wave Mixing Generated in Erbium-Doped Optical Fibers

Resonant four-wave mixing (RFWM) based on the photo-induced refractive index change in erbium-doped optical fibers is demonstrated experimentally. The erbium-doped fibers act as a saturable absorber at 1.536 μm pump wavelength. Dependence of efficiency of RFWM on the pump power, the dopant concentration, the fiber length, and the signal modulation frequency are analyzed using three types of erbium-doped fibers differing in dopant concentration. It is found that a signal modulation frequency higher than 10 kHz is required for the correct measurement. The RFWM efficiency is improved with an increase in the input pump power in a range up to 1.5 mW and the highest reflectivity of 5.1% is attained. The highest RFWM efficiency is achieved at αgsL ∼ 5 dB, which is in good agreement with the theory.     

双光子共振四波差频产生的真空紫外激光特性研究

介绍以惰性气体Xe为非线性介质、利用双光子共振四波混频差频方法产生的可调谐真空紫外激光(VUV)的特性研究 .实验中 ,传播方向和空间均相互重合的两束脉冲染料激光经透镜聚焦于Xe气混频池内 ,其中一束激光的波长 (2 4 9.6 2 6nm)对应于Xe原子 6P[1/2 ,0 ]←← 5P的双光子共振跃迁 ,通过调谐另一束激光的波长 ,产生在 15 1～ 171nm可连续调谐的VUV激光 .经估算 ,产生的VUV激光的强度约为每脉冲约 0 .2 μJ ,转换效率约为 0 .1% .通过测量超声射流冷却下CO分子的A1Π←X1Σ+ (0 ,0 )带的转动分辨激光诱导荧光 (LIF)光谱 ,确定出VUV激光的线宽为 0 .3cm-1.此外 ,还对VUV激光强度与惰性气体压力、染料激光强度等依赖关系进行了研究 .