高阶色散下饱和非线性负折射介质中的调制不稳定性

直接从负折射介质中包含高阶色散及饱和非线性效应的扩展非线性传输方程出发,采用线性稳定性分析法和德鲁德电磁模式,导出了调制不稳定性的色散关系和增益谱公式。考虑到今后的实验验证,以实际单位的形式计算了方程系数随归一化角频率的变化规律。再以实际单位的形式计算并讨论了增益谱随归一化角频率和归一化入射光强的变化关系。结果表明,当归一化角频率固定时,截止频率及峰值增益都随归一化入射光强的增加先增加后减少,归一化角频率不同,截止频率及峰值增益也不同,在靠近禁带处,增益谱远离零点。当归一化入射光强固定时,截止频率及峰值增益随归一化角频率的增加而增加,当归一化角频率增大到靠近禁带时,增益谱由紧挨零点变成远离零点。     

五次非线性对光纤反常色散区调制不稳定性的影响

从带五次非线性项的扩展非线性薛定谔方程出发,重点考虑了五次非线性对常用的自聚焦光纤中反常色散区调制不稳定性的影响.研究结果表明,当入射功率较小时,五次非线性对调制不稳定性的影响并不明显,这说明了当入射功率很小时,忽略非线性薛定谔方程中五次非线性项的做法是合理的;随着入射功率的增加,五次非线性对调制不稳定性的影响越来越大,这种影响主要表现为五次非线性增大了调制不稳定性频谱的范围及增益值,并最终减小了使调制不稳定性发生的入射功率范围;当入射功率继续增加,超过一定的阈值条件时,调制不稳定性不能发生.     

负折射介质中高阶非线性效应所致啁啾的研究

利用分步傅里叶法对负折射介质中的广义非线性薛定谔方程进行数值模拟,进而分别得到自相位调制、赝五阶非线性、自陡峭、二阶非线性色散所致啁啾及各项非线性所致总啁啾的演变图.从啁啾上分析了负折射介质中各项非线性效应在脉冲传输时的作用,结果表明,负折射介质中,自陡系数取值的正负可控使脉冲中心位置可向前后沿偏移;在正常色散区,赝五阶非线性系数为负时加速脉冲的展宽,二阶非线性色散项系数取正时使脉冲展宽,取负时使脉冲变窄.     

色散管理孤子系统的调制不稳定性

为了探究色散管理孤子系统抗微小扰动的能力,从色散管理孤子的调制不稳定性出发,利用孤子传输满足的非线性薛定谔方程,采用线性稳定性分析和数值模拟,得到色散管理系统中调制不稳定性的增益谱;得出色散管理孤子各阶调制不稳定性的增益曲线,并分析了基阶调制不稳定性起主导作用的条件,讨论了色散图中路径平均色散值。结果表明,色散深度对基阶调制不稳定性增益谱有影响,在平均色散为负值的情况下,平均色散值βav(βav0)越大,色散波动幅度越小,基阶调制不稳定性的增益越小,更有利于抑制调制不稳定性增益;但将平均色散值降至更小时,调制不稳定性增益谱不再连续。     

超短光脉冲在高阶非线性色散介质中的波群分解法

本文给出非线性介质中超短光脉冲传输时计及二阶色散的波群分解法，并在不同ＳＰＭ、ＧＶＤ及啁啾条件下作了详细推导和讨论，在振幅极值、延时和波群频率三维表象中，描述脉冲传输的振幅包络具有明确的物理图像。该法亦可用于数值计算中。     

高阶色散和饱和非线性下的交叉相位调制不稳定性

从光纤中包含饱和非线性和高阶色散的耦合非线性薛定谔方程组出发,采用线性稳定性分析法,研究了高阶色散和饱和非线性对双光束交叉相位调制不稳定性的综合影响.研究表明,当四阶和二阶色散系数同号时,调制不稳定性增益谱可能出现一个新的远离零点的第二谱区,且该谱区由两个始终相连的小谱区组成;第一谱区的谱峰与第二谱区中靠近零点的小谱区的谱峰相当;在其他色散区,增益谱只存在一个谱区.而饱和非线性的存在则使每个谱区的谱宽、峰值增益大小随入纤功率的增大呈现出先增大后减小的特点,即对每个谱区而言,将出现两个不同的输入功率对应同一个不稳定增益峰值和谱宽的情形.     

超常介质中色散磁导率对时空不稳定性的影响

基于Drude模型研究了超常介质中的色散磁导率对时空不稳定性(STI)的影响,得到了具有赝五阶非线性效应和自陡效应情形下时空不稳定性增益谱的一般表达式.结果表明,在负折射区.对于自聚焦介质.赝五阶非线性使调制增长的频谱范围和增益值增大.而对于自散焦介质,作用则相反,这与常规介质中的现象不同;在正折射区,赝五阶非线性会抑制自聚焦介质中的时空不稳定性,与常规介质中的现象相同.此外,超常介质中自陡效应可能为负值,但无论自陡效应是正或负,都能抑制时空不稳定性的产生.     

饱和非线性光纤正色散区的交叉相位调制不稳定性

在考虑到光纤饱和非线性效应的情况下,给出了同偏振、不同波长的两光波的慢变振幅满足的耦合非线性薛定谔方程组以及线性化后微扰满足的方程组。在光纤的正色散区,分析并讨论了交叉相位调制不稳定增益谱随两光波输入功率变化的规律。结果表明,与饱和非线性光纤中自相位调制不稳定性的增益谱类似,交叉相位调制不稳定增益谱的临界扰动频率、峰值增益大小随两光波输入功率的增大也呈现出先增大后减小的特点,而二者随两光波输入功率变化的快慢都与两扰动的频率大小有关,即会出现两个不同的输入功率对应同一个不稳定增益峰值和临界扰动频率的情形。     

高阶色散和五阶非线性下的交叉相位调制不稳定性

在同时考虑到光纤的二至四阶色散和三、五阶非线性的情况下,研究了四阶色散、五阶非线性以及入纤功率对双光束交叉相位调制(XPM)不稳定性的综合影响。研究表明,在高阶色散下,正负五阶非线性的存在仍然分别对交叉相位调制不稳定性起加强和削弱的作用;三阶色散对不稳定性增益谱无影响;当四阶和二阶色散系数同号时,四阶色散的存在导致交叉相位调制不稳定性增益谱出现一个新的远离零点的第二谱区,且该谱区由两个始终相连的小谱区组成;第一谱区的谱峰与第二谱区中靠近零点的小谱区的谱峰相当;随着其中一束光的入射功率的增加,两大谱区从分离到靠近再到合二为一,从三个谱峰过渡到两个谱峰;正(负)色散区的第二谱区中靠近(远离)零点的小谱区的谱峰和谱宽很小。在其他色散区时,不稳定性增益谱则只有第一或第二谱区。     

远场的薄色散介质对超短脉冲的影响

时空耦合效应导致超短脉冲在远场频谱分布的复杂性。这种复杂性使放置于远场的薄色散介质对光脉冲同时产生时间展宽和波前弯曲等变化。同时给出了解析结果和数值计算实例。     

非线性高双折射色散缓变光纤中矢量调制不稳定性

利用光脉冲在光纤中传播时所遵守的相干非线性薛定谔耦合方程,研究了在偏振方向 沿两个双折射轴的分量强度相等时,色散缓变光纤中反常色散区和正常色散区所产生的调制不稳定性。结果表明在反常色散区和正常色散区,随传输距离的增加调制功率区域加宽,对应不同的功率区域输入脉冲有不同的增益谱,并且当输入脉冲功率一定时,随传输距离的增加导致增益谱表现出明显的不同。     

三、五阶非线性光纤中的交叉相位调制非稳研究

从五阶感应电极化强度出发，导出了有损耗单模光纤中同偏振、不同波长的两光波交叉相位调制情况下的五阶非线性折射率；在同时考虑三、五阶非线性的情况下，推导了两光波的慢变振幅满足的耦合非线性薛定谔方程组，并进一步得出了线性化后微扰满足的方程组。分析了三、五阶非线性共存时的交叉相位调制不稳定条件和增益谱。结果表明，与只有三阶非线性的情形相比，在三、五阶非线性共存时，正五阶非线性加强调制不稳定性，使增益谱变宽，峰值变大，负五阶非线性则减弱调制不稳定性；和只有三阶非线性的情况类似，损耗也会使不稳定增益谱的谱宽变窄，谱峰减小；两光波扰动频率的大小关系会影响不稳定增益谱的谱宽、峰值和形状。     

高阶效应下与扰动频率相关的调制不稳定性

为了探讨光纤中高阶效应下与扰动频率相关的交叉相位调制不稳定性条件和增益谱特点,从包含5阶非线性和4阶色散的耦合非线性薛定谔方程出发,采用线性稳定性分析,计算分析了两光波扰动频率不等时的不稳定性条件和增益谱。结果表明,当2阶、4阶色散同号时,增益谱有两种可能的形式,其中一种的谱范围包含了另一种的。被包含谱的不稳定条件与通常情况不同,且谱特性受色散和5阶非线性的影响小。随着某一扰动频率增大,增益谱的谱区数及变化规律将随两光波所处的光纤色散区的不同而不同。而正(负)5阶非线性可使谱峰增加(减小)、谱宽变宽(窄)。该研究对高重复率脉冲串产生具有一定意义。     

损耗作用下混频时调制不稳定性耦合模分析法

在考虑光纤损耗的情况下，以两载频以及混频过程中产生的边带频率成分为研究对象，给出了研究群速度色散（GVD）、自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）综合作用下混频过程中调制不稳定性（MI）的耦合模分析法。导出了当某一相位匹配较好、其他相位失配严重时，两载频自相位调制或交叉相位调制引起的调制不稳定性增益的解析表达式。分析发现，当调制不稳定性主要由自相位调制或交叉相位调制引起时，增益的最大值与色散无关，交叉相位调制在各边带引起的调制不稳定性最大增益相等，同时，考虑损耗后，幅度增益减小的大小受功率、非线性系数、色散情况、损耗系数和传输距离等因素共同影响，调制小稳定性产生的增益只有当频率偏移量足够大时才会出现，载频自相位调制引起的最大增益对应的频率偏移量减小。     

色散缓变光纤中基于交叉相位调制的不稳定性研究

研究了色散缓变光纤中基于交叉相位调制的不稳定性,得到了同时计及离散和光纤损耗效应时的色散关系式。发现在抽运功率、传输距离、光纤损耗相同的条件下,色散缓变光纤较常规光纤具有较宽的增益谱;研究同时发现,较大的色散缓变参量及两光束较小的离散均会使增益谱的谱宽加宽,振幅的增长速度加快。并用数值方法验证了利用色散缓变光纤更易产生超短脉冲。     

高阶色散下与扰动频率相关的调制不稳定性

对包含损耗、二至四阶色散下两光波扰动频率相等与不等的情况,分析了光纤不同色散区的交叉相位调制不稳定性条件和增益谱.结果表明:三阶色散对交叉相位调制不稳定条件和增益谱无影响,但对扰动的有效波数有贡献;四阶色散的存在,使得二、四阶色散皆同号时的不稳定性比只有二阶色散的情形多出了远离零点的额外谱区,随两扰动的频率大小关系不同,该额外谱区可能由紧挨的2个小谱区构成,也可能只是单一的谱区;增益谱两大区域的谱宽和峰值也会随两扰动频率的不同而发生变化;四阶色散的存在还使两光波的二阶色散异号时的不稳定性出现了远离零点的增益谱.