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.     

超短脉冲在光子晶体中传播时的色散参量

利用最小二乘拟合法分析了光子晶体的能带结构,定量分析了二维光子晶体的色散参量.为了考虑脉冲各频率的作用,通过引入与频率分量相关的权重因子,从而解析了群速度和平均群速度色散,进而解析出脉冲波络渐变的理论结果.通过FDTD数值模拟后,发现数值模拟结果与理论解析结果完全相吻合.本文处理光子晶体的色散参量的方法,为制作光子晶体色散器件如光子晶体色散补偿器、脉冲展宽和压缩器有一定的借鉴作用.     

飞秒光脉冲在光子晶体光纤不同色散区产生超连续谱的数值分析

采用预测校正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的非线性传输和超连续谱产生,分析了初始光脉冲的中心波长、峰值功率和光纤长度在光子晶体光纤正、反常色散区对超连续谱形状和带宽的影响。结果表明,当初始光脉冲的中心波长在光纤的反常色散区时,产生的超连续谱宽要远宽于正常色散区,但是光谱的平坦性较差;当光脉冲中心波长在靠近零色散波长的反常色散区且其他脉冲参数不变的情况下,存在一个产生宽且平坦的超连续谱的最佳峰值功率和最佳光纤长度。对于超连续谱系统的优化设计与实际应用具有参考意义。     

超短脉冲在光子晶体中传播时的色散参量(英文)

利用最小二乘拟合法分析了光子晶体的能带结构,定量分析了二维光子晶体的色散参量.为了考虑脉冲各频率的作用,通过引入与频率分量相关的权重因子,从而解析了群速度和平均群速度色散,进而解析出脉冲波络渐变的理论结果.通过FDTD数值模拟后,发现数值模拟结果与理论解析结果完全相吻合.本文处理光子晶体的色散参量的方法,为制作光子晶体色散器件如光子晶体色散补偿器、脉冲展宽和压缩器有一定的借鉴作用.     

超短光脉冲在双折射光子晶体光纤中产生超连续谱的偏振特性数值分析

采用矢量耦合非线性薛定谔方程描述了超短光脉冲在双折射光子晶体光纤中的传输过程,并利用分步傅里叶方法求解该方程。数值模拟了中心波长为1550nm的超短光脉冲在不同色散参量的双折射光子晶体光纤中超连续谱的产生及其偏振特性。分析了光纤在不同色散区时,高阶色散和非线性效应对超连续谱及其偏振态的影响。结果表明,当超短光脉冲波长位于近光纤零色散点的反常色散区时,比其在光纤正常色散区和远离光纤零色散点的反常色散区更容易产生宽且平坦的超连续谱,所得到的光谱显示出了复杂的偏振态特性。     

单模光纤中三阶色散对超短光脉冲传输的影响

基于超短光脉冲在单模光纤中传输时高阶非线性效应的影响。应用非线性薛定谔方程(HONLS)理论,考虑光纤色散三阶效应,推导出无啁啾的高斯脉冲沿光纤传输时脉冲变化的表达式,并对理论结果进行了数值模拟与分析。结果表明,三阶色散会引起光脉冲形状发生畸变,会在其前沿或后沿附近形成非对称的振荡结构。     

双包层色散平坦光子晶体光纤的数值模拟与分析

光纤色散会使脉冲展宽,从而导致误码,在通信网中这是必须避免的一个问题.运用有限元法,在考虑石英基质材料色散的前提下,数值模拟了呈圆形排列的双包层光子晶体光纤的场分布、基模有效折射率和色散特性.结果表明,小空气孔间距和直径不变时,大空气孔与第一圈小孔的的间距和大空气孔的直径对色散曲线的走向起决定性作用.如同某些色散补偿光...     

色散渐减光纤中自相似脉冲传输区域的研究

从非线性薛定谔(NLS)方程出发,用分步傅里叶方法结合对数值解的波形分析,确定了色散渐减光纤(DDF)中能实现自相似脉冲传输的区域,并研究了初始脉冲和光纤参数对自相似区域和演化速度的影响。结果表明,初始脉冲能量的减小有利于扩宽自相似区域,但会使自相似演化进程略为减慢;初始脉宽有一个最佳值,在最佳值上自相似区域最宽,演化较快且输出脉冲和啁啾较为稳定;高斯脉冲比双曲正割脉冲更快转化为自相似脉冲,传输区域也更广。选择具有较小非线性参量的DDF可以获得较广的自相似区域,同时非线性参量的增大可以加快自相似演化,而群速度色散参量和增益系数必须选择在最佳值附近,才能获得最大自相似区域和最快演化速度。     

改进型蜂巢晶格结构光子晶体光纤的色散与非线性特性

结合蜂巢晶格与不同空气孔直径晶格二者的优势,提出一种改进犁蜂巢晶格结构光子晶体光纤,采用矢量光束传输法对该光纤的色散与非线性特性进行了数值模拟,分析了色散、非线性系数与其晶格参量之间的关系.数值结果表明,该光纤在1.2～1.6 μm波段内可以实现大负色散、色散平坦、正色散等多种色散特性;此外,晶格结构中空气孔直径的减小...     

高阶群速度色散引起的高斯超短脉冲宽度的展宽和形变

基于动量守恒和光参变过程中的三波耦合波方程,和负单轴非线性光学晶体CsLiB6O10的色散方程,研究了在光参变效应中超短激光脉冲由于群速度色散引起的展宽和形变。数值模拟显示,在超短脉冲波形为双曲正割形和无啁啾调制时,高阶群速度色散引起的超短脉冲为50fs时,晶体长度为10mm,紫外光213nm作为基波入射时的脉冲展宽是波长为532nm绿光在同等条件下的1.6倍。脉冲展宽程度与入射波长和晶体长度有关,波长越短和晶体长度越长则脉冲展宽和波形变化越严重,高阶色散引起的超短高斯脉冲展宽,将破坏其波形对称性并引起旁瓣现象。     

光子晶体光纤超平坦色散特性的研究

利用有效折射率方法的标量近似理论对三角排列的光子晶体光纤超平坦色散特性进行了理论分析和数值模拟,研究发现改变光子晶体光纤包层空气孔半径或空气孔间距可以改变波导色散的特性,从而可以设计在不同波段,不同大小值的超平坦色散。本文的计算和分析可以为设计不同色散特性的光子晶体光纤提供理论依据。     

Influence of Polarization and Pulse Shape of Femtosecond Initial Laser Pulses on Spectral Broadening in Microstructure Fibers

We theoretically studied the influence of initial parameters of laser pulses, such as polarization, pulse shape and frequency chirp, on the broadening of spectrum during pulse propagation through microstructure fibers (MSFs). We utilized two coupled-mode equations based on the nonlinear Schrödinger equation using an intermediate-broadening model for a Raman response function, and the dispersion coefficients from 2nd to 7th orders for the slow and fast axes, respectively, of highly birefringent MSFs.     

光子晶体中缺陷的色散导致的群速度降低

利用传输矩阵方法计算了包含色散媒质缺陷的一维光子晶体的复透射系数，其中色散媒质用洛仑兹振子模型描述。计算了由复透射系数定义的等效复折射率并由此研究了频谱位于缺陷模频率附近的光脉冲的群速度。结果发现，由于缺陷模附近的透射谱敏感地依赖于缺陷层的光学厚度，而缺陷层的色散使缺陷层光学厚度随频率变化而改变，从而使包含缺陷的光子晶体的等效色散性质明显地依赖于缺陷的色散行为。由于光脉冲是由多种频率成分的单色场迭加构成的，透射脉冲由各单色场透射后重新迭加构成，因此波包的传播由介质的等效色散性质决定。与包含无色散缺陷的光子晶体相比，缺陷的色散可导致极慢的群速度。通过改变振子强度，群速度可从极慢光速转变为超光速(superluminal)。     

双折射光子晶体光纤传输特性分析

采用时域有限差分法对光子晶体光纤导模的传输特性进行数值分析,通过该法可得到任意横向结构光子晶体光纤的色散特性和双折射特性。为提高精度,在计算中应用了各向异性完全匹配层作为吸收边界条件。光子晶体光纤的传输特性完全由其横向结构决定。用时域有限差分法对一类对称结构和两类非对称结构光子晶体光纤进行了数值分析,计算结果表明经合理设计的非对称结构光子晶体光纤中可存在较高的双折射(其双折射可达0．07)。表明时域有限差分法可有效应用于分析和设计具有特定色散和偏振特性的光子晶体光纤。     

一种新型高非线性色散平坦光子晶体光纤结构

提出了一种新的高非线性色散平坦光子晶体光纤结构,引入了一个衡量非线性和色散平坦的品质因子δ。采用平面波展开法,研究了气孔尺寸对光子晶体光纤色散特性和非线性的影响。新结构在第一圈空气孔的中间插入六个附加小孔,使得光子晶体光纤有更小的有效模场面积,提高了光纤的非线性。通过控制第一圈和第三圈空气孔以及附加小孔的直径,使得该光子晶体光纤在大约330 nm的波长范围内,光纤的色散系数介于±0.5 ps/(km.nm)之间,在大约230nm的波长范围内,光纤的色散系数介于±0.1 ps/(km.nm)之间,在大约200 nm的波长范围内,光纤的色散系数D的值介于±0.05 ps/(km.nm)之间。光纤的有效模场面积为2.26μm2。衡量非线性和色散平坦的品质因子δ=11.8 ps.W/μm2。     

Numerical Analysis of Highly Birefringent Photonic Crystal Fibers with Bragg Reflectors

We analyze theoretically the coupling properties of Bragg gratings written in highly birefringent photonic crystal fibers with doped core and show how they can be tuned by the parameters of a microstructured fiber. We apply the coupled mode theory combined with a fully vectorial mode solver based on the plane-wave method. The results indicate large differences in interaction with the grating for the two linearly polarized fundamental modes. We show fiber designs, which provide single-mode operation with high birefringence and at the same time a high coupling efficiency of the grating. Such features can be used in fiber sensors, fiber laser configurations or to introduce a polarization dependent feedback in a long external cavity system with a semiconductor laser.