色散渐减光纤链中孤子的周期集总放大和恢复

基于包含渐减色散和周期集总放大的变系数非线性薛定谔方程,通过一种简单变换,解析出其精确孤子解,并研究了色散渐减周期集总放大(DDPLA)光纤链路中孤子的传输、放大和恢复。研究结果表明,当光纤色散、损耗和放大器增益相互平衡时,色散渐减光纤链路中可实现孤子的周期放大和恢复;而且可根据光纤损耗和放大周期来设置放大器的增益,或根据光纤损耗和放大器增益来设置放大周期,从而实现孤子的周期性放大或恢复。另外,采用数值计算的方法讨论了孤子的稳定性和相邻孤子间的相互作用。研究结果对实际的色散渐减周期集总光纤链中孤子的传输及周期放大链路的精确配置具有一定的理论指导意义。     

色散渐减光纤对增益光纤生成的自相似脉冲的优化研究

脉冲在增益光纤中进行自相似演化时,随着能量的放大,增益光纤中的增益饱和能量与增益带宽对脉冲造成的畸变也愈发明显,影响了增益光纤生成的自相似脉冲质量,限制了大能量、高质量的自相似脉冲的获取。本文利用色散渐减光纤（DDF）进一步优化脉冲在增益光纤中的自相似演化进程,在确保获得大能量的同时提高自相似脉冲的质量。论文不仅在理论上解释了DDF对增益光纤生成自相似脉冲进行优化的可行性,而且搭建了相应模型进行仿真验证,并分析了不同类型的DDF对优化效果的影响。结果表明,DDF成功对增益光纤中的自相似脉冲进行优化,其自相似评价因子从0.051 7降低到0.028 6。同时,在对不同色散曲线的DDF的分析中,得出双曲型DDF对自相似脉冲优化后能够产生最佳的压缩脉冲,最终获得峰值功率为1 1034 W、半高全宽为129 fs的低旁瓣超短脉冲。该研究对获取具有大能量、高质量的自相似脉冲具有一定指导意义。     

光孤子在色散缓变光纤中传输时的等价增益

从准非线性Ｓｃｈｒ?ｄｉｎｇｅｒ（ＮＬＳ）方程出发，导出了色散缓变光纤中光孤子脉冲传输所满足的与常规光纤中含增益效应等价的ＮＬＳ方程，给出了该方程的微扰解析解和光孤子脉冲宽度演化表达式。对于阶跃型单模光纤，得到了光纤几何参数与增益系数之间的一般函数关系。最后采用数值模拟方法模拟了不同色散缓变光纤中光孤子脉冲传输特性，指出色散缓变光纤不仅能补偿光纤损耗对孤子脉冲的展宽效应，而且能压缩光孤子脉冲，因而预计它可能有较广泛的应用前景。 关键词：     

双折射光纤中偏振相关的集总放大研究

研究了偏振相关的集总放大方案对非线性脉冲传输特性的影响.提出利用非线性增益的偏振相关集总放大方案去抑制脉冲偏振成分的分裂—融合碰撞行为和由随机双折射引起的线性色散波.数值计算结果表明:采用具有非线性增益的偏振相关集总放大方案,经过第一个放大器后脉冲的差分群时延变小,这说明了周期性的脉冲分裂—融合碰撞行为得到了有效的抑制.并且,随后的放大器因不同偏振相关的增益将促使脉冲偏振成分要么以呼吸振荡行为出现,要么以时域完全捕获行为出现.     

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.     

中红外色散平坦渐减光纤设计

设计了一种以As2S3玻璃为纤芯、碲酸盐玻璃为微结构包层的锥形光子晶体光纤.该结构光纤兼具阶跃折射率光纤和光子晶体光纤双重特性,具有色散调制灵活性高且限制损耗低等优点.模拟结果表明:优化该光纤结构包层空气孔径、孔间距、纤芯直径等特征参量,使参量之间及参量与椎区长度之间满足特定线性关系时,该光纤在2~4.5μm中红外波段呈现色散平坦渐减特性;对该光纤微包层进行折射率~1.6的液体油填充处理,色散曲线对称性及平坦性得到进一步优化.该光纤在超短脉冲压缩与展宽、色散波、光孤子及中红外平坦超连续谱产生等领域应用潜力巨大.     

强色散补偿有耗光纤链中孤子的稳定传输

用平均近似的方法,得到了孤子在强色散有耗光纤链中演化的相图.在分析相图的基础上,提出了一个可使孤子保持稳定传输的新相图.按照这个新相图,给出了孤子稳定传输的参量.这些参量,通过数值运算,在我们感兴趣的区域里得到了验证.     

飞秒孤子在色散渐增光纤中谱压缩的数值分析

通过数值求解修正了的广义非线性薛定谔方程,研究了孤子在色散渐增光纤中的谱压缩进程.详细分析了入射脉冲峰值功率对输出脉冲的谱宽和中心波长的影响,并描述了脉冲的脉宽、谱宽及啁啾在光纤中的演化过程.计算结果表明,脉宽200 fs、中心波长1 550 nm的基孤子在群速度色散从－1 ps2/km 至－11 ps2/km线性变化的长100 m的色散渐增光纤中传输时,脉冲谱宽由12.6 nm压缩至5.2 nm,即可获得最大压缩比为2.42.     

飞秒孤子在色散渐增光纤中谱压缩的数值分析

通过数值求解修正了的广义非线性薛定谔方程,研究了孤子在色散渐增光纤中的谱压缩进程.详细分析了入射脉冲峰值功率对输出脉冲的谱宽和中心波长的影响,并描述了脉冲的脉宽、谱宽及啁啾在光纤中的演化过程.计算结果表明,脉宽200fs、中心波长1550nm的基孤子在群速度色散从-1ps2/km至-11ps2/km线性变化的长100m的色散渐增光纤中传输时,脉冲谱宽由12.6nm压缩至5.2nm,即可获得最大压缩比为2.42.     

色散平坦渐减光纤中抽运残余成分的抑制与平坦超连续谱的产生

基于广义非线性薛定谔方程,通过数值模拟研究了色散平坦渐减光纤中抽运残余成分的抑制.研究结果表明:超连续谱的形状由输入孤子阶数N、归一化二次色散系数△2和归一化有效光纤长度ξ0决定.对于给定N和给定△2值的抽运脉冲,超连续谱的形状依赖于ξ0.通过合适地选取ξ0,抽运残余成分可以被有效地抑制并获光谱平坦度令人满意的超连续谱.为了获得参量ξ0的最优值,引入了S因子评价超连续谱的波动.S因子值越小,所产生的超连续谱越平坦.保持N和△2不变,计算了ξ0取不同值时,所产生的超连续谱的S因子.当S因子达到最小值时,抽运残余成分被抑制到最大限度,并获得最平坦的超连续谱,相应的ξ0值即为归一化参量ξ0的最优值.计算了N在1.0～2.2范围内,ξ0的最优值.结果显示当N降低时,ξ0的最优值增大.为产生具有弱残余抽运成分的超连续谱,抽运脉冲采用低阶孤子要优于高阶孤子.     

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。     

基于孤子自频移现象的高比特全光量化仿真研究EI北大核心CSCD

探讨了基于孤子自频移(SSFS)效应的高精度全光量化技术。通过仿真分析孤子自频移特性,发现当输入脉冲的脉宽在150 fs时,量化比特位(NOB)可以达到8,对应的有效比特位(ENOB)为7.02。更小的脉宽无法保证量化比特位,而更宽的脉宽则会影响量化函数的线性度,降低有效比特位。150 fs对应的谱宽9.8 nm和平均功率0.92 W(50 GHz的脉冲速率下)也都可以较容易地由已有的光学技术得到。而啁啾会展宽脉宽,显著降低量化比特位和有效比特位,因此需尽量避免。     

光源带宽对基于光纤色散的光学相关器影响的研究EI北大核心CSCD

随着光通信系统传输速率的提高,尤其是光分组交换网络的使用,光的相关检测技术将在未来的通信领域(包括IP路由等)中发挥越来越重要的作用。从基于光纤色散的光学相关器基本原理出发,采用理论分析和数值仿真两种方法比较了不同带宽光源对光学相关器性能的影响,分析了光源随机相位噪声向幅度噪声转化的问题,得到了幅度噪声与光源带宽的关系,以及光源带宽不同时光学相关器输出的信噪比变化。根据仿真结果得到,基于非相干光源的光学相关器,能对速率为10Gb/s的8位和16位码元数据流进行高速相关检测,而32位的码元数据流仅能采用相干光源进行检测。此外,还对非相干光源在模拟信号的相关检测中的应用进行了探讨。     

色散缓变光纤中皮秒孤子脉冲的压缩

本文实验研究了孤子脉冲在色散缓变光纤中传输时的动力学特性,发现孤子脉冲在色散缓变光纤中能被压缩.采用500米色散缓变光纤,成功将4.4ps的孤子脉冲压缩到830fs,脉冲压缩比为5.3.色散缓变光纤中孤子脉冲压缩的实验研究为超短光脉冲压缩提供了新的途径和方法.     

色散渐减光纤组成的环形镜对高阶孤子的理想压缩

利用数值模拟方法证明,采用色散渐减光纤组成的非线性光纤环形镜不仅可压缩高阶光孤子,而且能有效地消除压缩后脉冲的底座、提高光脉冲的输出能量.研究表明,对于一确定的色散渐减光纤,只要选取不同环形镜长度,即可对不同阶数的高阶孤子进行理想压缩.且孤子阶数越高,所需最佳环形镜长度越短、压缩后光脉冲的峰值强度越大、能量透射率越低.研究同时发现,环形镜的功率分束比存在一最佳值,在此值下所得压缩后的光脉冲不仅具有较大的峰值及能量透射率,且不含底座.     

双折射色散阶跃光纤中拉曼效应和参量放大增益谱

在拉曼效应和参量放大共同作用下,当激光脉冲在双折射光纤中传输时,根据所遵循的耦合模方程,通过引入平行拉曼增益的洛伦兹模型,导出了当输入泵浦波偏振方向同双折射轴成45°角时,在双折射色散阶跃光纤中拉曼效应和参量放大共同作用所导致的增益,讨论并分析了在不同色散区增益谱随相关参量的变化。结果表明:由于拉曼效应、参量放大、双折射和色散的相互作用,导致增益谱的斯托克斯波与反斯托克斯波彼此不对称;在反常色散区,产生的增益以反斯托克斯波为主,在正常色散区则以斯托克斯波为主;当表征距离的级数m发生变化时,增益谱也随之发生变化,可以利用色散阶跃光纤在适当的级数m位置提取T频率脉冲。     

色散平坦渐减光纤中色散特性对超连续谱的影响

从频域全场方程出发研究了色散平坦渐减光纤中超连续谱(SC)的产生。结果表明,色散平坦渐减光纤的初始色散和色散斜率对超连续谱的产生有重要影响,当超连续谱宽度小于某一特定阈值时,谱宽随初始色散或色散斜率显著变化;而当超连续谱谱宽大于此值以后,谱宽随这两个参量的变化较缓慢。并且发现色散递减曲线为凸型的光纤比色散线性递减的光纤更有利于产生宽的超连续谱;而色散递减曲线为凹型的光纤不利于形成宽的超连续谱。计算表明经过优化选择光纤的色散参量,可以得到谱宽达330nm的超连续谱。     

掺铒光纤环镜中超短光孤子的放大与压缩I．基本原理

用常规掺铒光纤放大器放大超短光孤子存在一个重大困难。就是在放大过程中光纤非线性效应会引起孤子波形及频谱畸变，使得输出脉冲不再具有孤子特性，从而影响系统性能。提出一种利用掺铒光纤环镜放大超短光孤子的新方法，数值计算表明，该方法不仅可实现无畸变的光孤子放大，而且能同时实现孤子宽度的有效压缩。当宽度为2ps的基阶孤子经过长度为92．6m、增益为14．4dB的环镜后，其峰值功率被放大165倍，脉冲宽度被压缩到0．19ps，时间一带宽积为0．303。脉座能量仅占整个脉冲能量的3．8％，表明由环镜输出的放大脉冲很大程度上具有基阶孤子特性。     

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。     

双折射光纤中三阶色散对孤子脉冲传输的影响

研究了孤子脉冲在双折射光纤零色散点附近的传输特性,应用数值分析方法,讨论了在双折射光纤中,三阶色散对孤子脉冲传输的影响。在输入脉冲两个偏振分量强度相等的情况下,分析发现孤子捕获条件没有变化,但是,脉冲一个偏振分量迅速展宽,另一偏振分量展宽变慢。同时,脉冲的形状、光谱在两个偏振分量中都呈现出不对称性。在一定的条件下,孤子的辐射波主要集中在一个偏振分量中。