高阶色散效应常系数Ginzburg-Landau方程自相似脉冲演化的解析分析

采用自相似分析方法,基于常系数高阶色散的Ginzburg-Landau方程,通过分离变量法得出了高阶色散效应自相似脉冲演化的解析解,给出了自相似脉冲的振幅、相位、啁啾以及脉冲宽度的一般表达式.研究表明,在增益光纤的二阶正常色散区域,同时考虑高阶色散和增益色散双重效应影响下演化的自相似孤子脉冲仍然保持线性啁啾;振幅解析解的三阶色散效应显著.这与数值计算的结果非常一致. 关键词： 三阶色散 Ginzburg-Landau方程 自相似脉冲 二阶正常色散     

受激喇曼散射对自相似脉冲产生的影响

研究了在受激喇曼散射与三阶色散共同作用下,自相似脉冲在具有正常色散的色散渐减光纤中的演化情况.结果表明:在同一个传输距离上,当考虑受激喇曼散射与三阶色散的共同影响时,脉冲中心的不对称特性相对好转;产生中心漂移与边缘振荡较只有三阶色散作用时要减弱,啁啾仍然具有很强的线性特性,但是线性范围减小,导致频谱的窄化以及对接下来自相似脉冲的压缩产生了不利影响;而且光纤长度的延长并没有起到展宽啁啾线性范围的效果,反而导致严重的啁啾非线性;因此对脉冲进行压缩后,压缩脉冲质量较不考虑受激喇曼散射时要差.     

负折射介质中可控自陡峭效应对孤子传输的影响

研究了具有非线性极化的负折射介质中孤子脉冲的传输特性,着重分析了在常规非线性传输模型中不曾出现的由负折射介质色散磁导率导致的可控自陡峭效应对孤子传输的影响.结果表明,与正自陡峭效应一样,负自陡峭效应同样造成孤子脉冲的非对称、中心偏移和高阶孤子衰减,但脉冲偏移的方向与正自陡峭效应情形相反.此外,利用可控自陡峭效应可以从某种程度上抵消三阶色散效应导致的孤子脉冲偏移,从而实现孤子脉冲中心的无偏移传输.     

光纤放大器中的自相似抛物脉冲

本文研究在含有增益色散、增益饱和、三阶色散、自频移、自陡峭等效应的光纤放大器中自相似抛物脉冲的产生和传输。结果表明,在渐近约束条件下,自相似脉冲的中心区域可用倒置的抛物脉冲来描绘,并且它的有效脉宽和功率都是线性增长的,而峰值振幅和频谱宽度保持常量。数值模拟结果与理论预期符合的非常好,这表明:在光纤放大器中,在适当的条件下初始输入脉冲可自相似地演化为抛物脉冲。     

色散渐减光纤中自相似脉冲传输特性研究

研究了在高阶色散影响下,自相似脉冲在具有正常色散的色散渐减光纤中的演化情况.结果表明:当考虑高阶色散的影响时,脉冲的啁啾仍然具有很强的线性特性,只是中心变得不对称,产生中心漂移.这种啁啾特性使得自相似脉冲在时域中的抛物线形状产生畸形,导致了脉冲峰向一边延迟,并使脉冲的中心位置漂移,同时伴随着脉冲边沿的振荡.但是通过采用色散补偿技术,自相似脉冲强的线性啁啾仍然可以得到高质量的飞秒量级压缩脉冲,与忽略三阶色散影响时得到的压缩脉冲的脉宽近似相等.     

高功率超短脉冲在增益介质中的传输特性

在考虑了增益介质的群速度色散、克尔非线性效应、增益饱和和增益谱后,推导出了光脉冲在介质中的传输方程.采用分步傅里叶变换法数值模拟了高功率线性啁啾脉冲在增益介质中的传输状态,并着重讨论了增益色散对光脉冲形状和功率谱的影响.计算结果表明:当高功率超高斯光脉冲在增益介质中传输放大时,脉冲形状变得尖锐,峰值向脉冲前沿移动;功率谱峰值向低频方向移动,并且在功率谱边缘形成非对称振荡结构;当介质的增益色散增大时,光脉冲光谱宽度变窄,峰值功率减小,因此对于宽光谱脉冲,增益色散将会导致损耗.     

飞秒啁啾孤子在线性色散平坦光纤中的相互作用

采用分步傅里叶方法数值研究了在线性色散平坦光纤反常色散区等幅同相孤子脉冲相互作用受高阶色散、拉曼效应、光纤损耗和啁啾参量C等的影响规律。多孤子脉冲在线性和凸形色散平坦光纤中传输100个孤子周期后仍具有孤子特性。在线性色散平坦光纤,多孤子脉冲相互作用受三阶色散影响较严重,三阶色散使各脉冲产生较大的色散波和线性时延;更高阶色散的影响可以忽略;拉曼效应使脉冲产生较大的非线性时延;啁啾加强了脉冲间相互作用;光纤损耗减弱了脉冲间相互作用。     

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.     

反常色散区高阶色散对啁啾演变的影响

在单模光纤反常色散区，首次推出了带有初始啁啾的高斯脉冲在二阶，三阶速度色散效作用产生的啁啾解析表达式，用数值法模拟了光纤中啁啾演变过程，研究结果表明，二阶，三阶色散导致非线性啁啾，三阶色散只在脉冲沿附产生啁啾极值，从而使脉冲在前后沿产生振荡结构，当具有负初始啁呼的高斯脉冲入射时，在脉冲中心小区域内净啁啾等于零，可形成孤子。     

高能量无波分裂超短脉冲自相似传输的理论研究和数值模拟

从非线性薛定谔方程出发，对SPM作用引起传输脉冲的相位作了合理近似，引入了频谱展宽因子，发现在存在增益时正色散光纤的SPM作用加剧了脉冲频谱展宽幅度，并且脉冲中心和两翼部分的频谱展宽差异很大.给出了存在增益的正色散光纤中高斯型脉冲自相似传输的时域演化，揭示了脉冲展宽的中心部分对边翼部分挤压和覆盖及最终形成自相似脉冲的过程，提出了自相似传输现象的一种合理解释.并通过数值模拟三种不同形状初始脉冲的自相似演化过程对提出的理论进行了验证.     

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.     

Higher-order effects on self-similar parabolic pulse in the microstructured fibre amplifier

By considering higher-order effects, the properties of self-similar parabolic pulses propagating in the microstructured fibre amplifier with a normal group-velocity dispersion have been investigated. The numerical results indicate that the higher-order effects can badly distort self-similar parabolic pulse shape and optical spectrum, and at the same time the peak shift and oscillation appear, while the pulse still reveals highly linear chirp but grows into asymmetry. The influence of different higher-order effects on self-similar parabolic pulse propagation has been analysed. It shows that the self-steepening plays a more important role. We can manipulate the geometrical parameters of the microstructured fibre amplifier to gain a suitable dispersion and nonlinearity coefficient which will keep high-quality self-similar parabolic pulse propagation. These results are significant for the further study of self-similar parabolic pulse propagation.     

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。     

宽带光学参变啁啾脉冲放大系统的色散控制

在设计宽带光学参变啁啾脉冲放大系统时,对色散源进行了理论分析和讨论。对光学参变啁啾脉冲放大系统的色散量以及各个过程中的高阶色散对脉冲时域和频域特性的影响进行了计算。结果表明展宽器引入了非常大的色散,放大器中信号光相位变化产生的色散较大,参量晶体本身引入的色散相对较小可以忽略不计。输出脉冲宽度主要受二阶色散影响,而三阶和四阶色散主要影响脉冲的波形和信噪比,对频域影响很小。     

基于高阶色散管理和相位共轭技术的色散补偿

相位共轭技术能够同时且高效地补偿二阶色散及非线性效应，且该技术同信号比特率、调制方式无关，是最有前景的色散补偿技术之一。理论分析了在高阶色散作用下，超短高斯脉冲信号在中距相位共轭通信系统中的传输演化特性，数值模拟了在二阶、三阶和四阶色散作用下，飞秒高斯脉冲信号在基于中距相位共轭技术的光纤色散管理链中的动态传输过程。结果表明，相位共轭技术和高阶色散管理相结合，不仅可以补偿和复原包括奇数阶和偶数阶色散在内的全部色散和非线性所引入的信号失真和畸变，而且能够减弱时分复用系统中脉冲之间的相互作用，使得信号在传输一个周期后恢复波形，从而提高了相位共轭系统对失真信号的补偿性能。     

负折射介质中三阶非线性色散项对超短脉冲传输的影响

采用分步傅里叶法研究了三阶非线性色散项对超短脉冲传输的影响.通过模拟数值计算得出,在德鲁德模型频率选取的一定范围内,三阶非线性色散项对超短脉冲传输所造成的影响是不可忽略的.结果表明:三阶非线性色散项系数取负值时,在正常色散区超短脉冲不对称展宽,脉冲中心向前沿偏移;在零色散点超短脉冲不对称展宽程度加剧并在脉冲前沿形成振荡,脉冲中心向前沿偏移;在反常色散区超短脉冲不对称变窄,脉冲中心仍向前沿偏移.     

光孤子脉冲在增益色散和增益饱和非线性介质中的传播

本文获得了增益色散和增益饱和非线性介质中的光孤子脉冲的解析解。数值计算结果表明,在这类介质中光孤子脉冲传输是可能的,然而由于波传输的内禀特性,这种稳定传输被限制在较短的距离内。在高能量脉冲注入的情况下,光孤子脉冲将分裂为不同传输速度的多个光脉冲。     

色散缓变光纤中飞秒孤子压缩与稳定传输

运用数值方法研究了色散缓变光纤中飞秒基本孤子的传输特性，发现基本孤子脉冲不仅能被压缩，而且压缩光脉冲能保持脉宽不变转输即稳定传。光脉冲压缩过程中，发现三阶色散效应有较大的影响。适当地选取色散缓变光纤结构参数可能获得高质量的超短压缩光脉冲。对压缩光脉冲稳定伟机理探索表明，光纤二阶色散纵向变化率，三阶色散与喇曼自散射效应共同作用导致压缩光脉冲稳定传输。