快速数值差分递推改进算法在超宽连续谱模拟中的应用研究

对快速数值差分递推公式进行了改进,使之能够求解带有脉冲自陡峭项和脉冲内喇曼散射项的非线性薛定谔方程.通过与传统孤子解析结果及分步傅里叶方法数值结果的对比分析表明,快速数值差分递推改进算法是一种快速而准确的数值计算方法,它不仅能够同步考虑光学媒质中的群速色散作用和非线性克尔作用,而且将所有高阶非线性项对光脉冲传输的影响也...     

快速数值差分递推算法在偏振模色散作用下光脉冲传输中的应用研究

利用快速数值差分递推算法对非线性薛定谔方程进行推导分析,得到一个同时考虑群速色散效应、非线性效应以及偏振模色散效应的时域快速数值差分递推关系,并将该方法应用于研究偏振模色散作用下的光脉冲传输,得到的计算结果分别与解析结果和传统的分步傅里叶算法所得结果进行对比,表明这种快速数值差分递推算法拥有很高的计算准确度,并且物理模型更加合理,完全适合分析计算偏振模色散作用下的光脉冲传输问题.利用该方法研究了光脉冲的畸变以及脉冲展宽问题,获得的计算结果为光纤传输系统的设计提供了参考.     

超短光脉冲在光纤中传输计算机模拟计算的研究

本文提出了一种研究超短光脉冲在介质中传输特性的简单的计算机计算方法.用该方法得到了正色散光纤中的频率调制、频谱加宽和方波自成形,以及负色散光纤中的一、二、三阶孤子传输.其数值计算结果与解非线性薛定谔方程的数值结果完全一致.     

纳米光纤的色散特性及其超连续谱产生

通过数值计算,分析了纳米光纤的色散特性,并比较了纳米光纤中不同直径和不同材料的色散特性.结果表明：二氧化硅纳米光纤有两个零色散波长,随光纤直径的增大,其色散曲线趋于平坦,零色散波长也随之发生改变;硅光纤只有一个零色散波长,且随着直径的增大,零色散波长向长波方向移动.采用广义非线性薛定谔方程来描述超短激光脉冲在纳米光纤中的传输演化过程,利用分步傅里叶方法求解方程.比较了超短脉冲在光纤不同色散区传输时,色散对超连续谱产生的影响以及脉冲波形的演化.在正常色散区,超连续谱谱宽很窄,而在零色散区和反常色散区则可产生 关键词： 色散 超连续谱产生 非线性光学 纳米光纤     

光脉冲传输数值模拟的分步小波方法

从信号的多尺度小波分解和正交小波变换出发，将描述光学介质中脉冲传输的非线性薛定谔 方程（NLSE）表示为小波域中的分步算符形式，给出了分步小波算法的迭代公式，导出了线 性算符在小波域中的具体表式，并讨论微分算符的矩阵结构.作为一个例子，用分步小波方 法（SSWM）解NLSE，给出了超短高斯脉冲在光纤中线性和非线性传输的波形演化，并与解析 解和分步傅里叶方法的结果作了比较.结果表明，分步小波方法是研究脉冲在光学介质中传 输的一种有效的数值计算方法. 关键词： 分步小波方法 光脉冲传输 非线性薛定谔方程 多尺度小波分解     

厄米高斯短脉冲在色散介质中的传输

用短法研究含三阶色散的非线性薛定谔方程,讨论了厄米－高斯光脉冲在三阶色散介质中的传输特性,给出了近似解析解,并且同计算机数值模拟传输结果进行了比较,结果表明近似解有助于在理论上研究短脉冲在色散介质中的传输。     

亚皮秒光脉冲在密集色散管理光纤中的传输特性

文章从包含高阶效应的非线性薛定谔方程出发,基于一种二阶和三阶色散都作了完全补偿(零路径平均色散)的光纤级联系统模型,用数值法对亚皮秒(几百飞秒)高斯光脉冲在密集色散管理光纤(放大周期远远大于色散补偿周期,La>>Lc)中的传输特性做了研究.结果表明啁啾化亚皮秒光脉冲在短周期色散补偿光纤中可以实现稳定传输.色散管理的密集化程度越高,即色散补偿周期越短,光脉冲在光纤中传输时的呼吸度越小,前后脉冲间的相互作用也越弱,有利于提高光纤传输系统的性能.此外,由于色散管理孤子的系统功率较小,因此高阶非线性项的影响不大.     

超短激光脉冲在不同色散参量光子晶体光纤中传输的数值模拟

为了使得数值模拟更为精确,采用广义非线性薛定谔方程(GNSE)描述超短激光脉冲在光子晶体光纤中的传输演化过程,并利用二阶分步傅里叶方法通过求解方程,数值计算了相同脉宽和能量的超短脉冲在不同色散参量的光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生。比较了超短脉冲在光纤不同色散区传输时,高阶色散和非线性效应对超连续谱的产生以及对脉冲波形演化的影响。结果表明,相对于超短脉冲中心波长位于光子晶体光纤的正常和反常色散区,可以相应获得短波波段和长波波段的超连续谱输出,当超短脉冲中心波长位于零色散波长点时,通过色散和非线性效应的联合作用,更易于产生全波长段的平坦超连续谱。     

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。     

多色散媒质中辅助差分方程的分析与研究

本文推导了具有多个洛伦兹色散的非线性媒质中光脉冲传输的计算公式,并用此公式模拟了光脉冲在此媒质中的传播,证明了这种方法的有效性和可行性.     

Rapid numerical difference recurrent formula of nonlinear Schrödinger equation and its application

In this paper, a rapid numerical difference recurrent formula, in which it has been taken that the chromatic dispersion and the nonlinearity act together along each fiber segment, is established in the time domain by applying a Maclaurin expansion to the differential form of the nonlinear Schrödinger equation (NLSE) in the frequency domain. The calculated results by using the established formula are contrasted with the known analytical results and the results of the split-step Fourier method (SSFM) and indicated that the rapid numerical difference recurrent formula is very accurate and more reasonable because it abandons an assumption that the dispersive and nonlinear effects can be assumed to act independently as the optical field propagates over each fiber segment. It has been concluded that the established formula in this paper is a scientific, reasonable and effective numerical method for the study of light pulse propagation in a nonlinear optical medium.     

Study of nonlinear propagation of chirped optical pulses in laser amplifying medium

In chirped pulse amplification, the amplification of an optical pulse in laser amplifying medium is a very important link. After considering dispersion, Kerr nonlinear effect, gain distribution and loss of the medium, the physical model that the optical pulse propagates in the medium has been established, which is suitable for the general situation where the optical pulse propagates in the amplifying medium. Using a split-step Fourier method, the propagation state of a chirped optical pulse in the amplifying medium has been numerically simulated, and the influences of the gain dispersion of the medium and the frequency detuning of the pulse on the optical pulse have been discussed emphatically. The results show that, with the amplification and propagation of the ultrashort chirped pulse in the amplifying medium, gain saturation and Kerr nonlinear effect of the medium will cause distortion of the optical pulse. For the optical pulse with a wideband spectrum, gain dispersion will cause the gain narrowing effect, so it is equivalent to a loss mechanism. The frequency detuning of the optical pulse will cause distortion of the pulse, which can be used to weaken the impact of gain saturation, thus reshaping the optical pulse.     

高功率光子晶体光纤放大器内超短脉冲的放大传输特性

由速率方程和功率传输方程得到信号脉冲平均功率和增益系数随脉冲传输距离的变化关系.利用Ginzburg-landau方程,在信号脉冲功率的不断增强和增益系数的不断变化的情况下,研究超短脉冲的传输演化特性,发现信号脉冲平均功率、能量和增益系数等参量受到色散和非线性效应的影响相对较小,而信号脉冲的峰值功率、时域和频域特性则易受到色散和非线性效应的影响.探讨了在非线性作用下,脉冲分裂和展宽等所导致的脉宽不稳定性对传输特性的影响,表明研究脉冲传输问题时,引入脉宽不稳定性有利于提高数值模拟准确度.     

光孤子对的振幅比与相位差对传输的影响

利用分步傅里叶变换法分别求解含三阶色散效应和不考虑三阶色散情况下的光孤子非线性薛定谔（NLS）方程,通过数值求解发现三阶色散效应会使孤子对脉冲发生单边振荡,并在振荡侧逐级产生次脉冲。讨论孤子对的两束孤子脉冲之间的振幅比与相位差对传输的影响,发现在不考虑三阶色散的情况下,振幅比与相位差均对孤子对的传输有显著影响,在考虑三阶色散效应时,只有相位差对孤子对的传输产生影响,并可以导致脉冲能量转移。     

周期量级飞秒脉冲电场在非线性克尔介质中的传输

采用时间转换法研究了周期量级飞秒脉冲电场在非线性克尔介质中的传输.由于周期量级飞秒脉冲电场的脉宽小于介质拉曼响应的特征时间,在传输过程中脉冲电场会发生剧烈的变形和分裂,并在频谱上观察到了强烈的拉曼感应频移和色散波.由于周期量级脉冲电场依赖于载波包络相位,发现在脉冲电场传输过程中,主脉冲电场和色散波电场的相位线性地依赖于初始脉冲的载波包络相位.     

增益介质的色散对锁模激光器输出脉宽和啁啾的影响

利用时间域内各光学元件的传播矩阵,在考虑了增益介质的色散后,对锁模激光器输出的脉宽和啁啾做了理论方面的推导,并做了相关的数值模拟,结果表明:当不考虑增益介质的色散时,其输出脉宽啁啾值为零;而考虑了增益介质的色散后,啁啾值随色散值的增加先增加而后降低,且存在一个最大值,脉宽随色散值的增加而增加.     

Modeling the propagation of electromagnetic waves over the surface of the human body

The results of modeling and an experimental study of electromagnetic (EM) waves in microwave range propagating along the surface of the human body have been presented. The parameters of wave propagation, such as the attenuation and phase velocity, have also been investigated. The calculation of the propagation of EM waves by the numerical method FDTD (finite difference time domain), as well as the use of the analytical model of the propagation of the EM wave along flat and curved surfaces has been fulfilled. An experimental study on a human body has been conducted. It has been shown that creeping waves are slow and exhibit a noticeable dispersion, while the surface waves are dispersionless and propagate at the speed of light in free space. A comparison of the results of numerical simulation, analytical calculation, and experimental investigations at a frequency of 2.55 GHz has been carried out.     

色散条件下各向同性光纤中拉曼增益对光脉冲自陡峭的影响

基于光脉冲所满足的慢变函数,详细推导了包含拉曼增益的高阶非线性薛定谔方程,在考虑色散的条件下,运用分步傅里叶方法对其数值分析,进而模拟仿真了拉曼增益对高斯脉冲在各向同性光纤中传播时自陡峭效应的影响,并与不考虑拉曼增益的自陡峭效应作比较,从而得出拉曼增益在不同条件下对高斯脉冲自陡峭效应的具体影响方式.结果表明,拉曼增益会影响高斯脉冲的展宽、脉冲峰值衰减以及在前后沿的振荡,其影响程度与具体的自陡峭参数、脉冲功率和色散系数的大小有关.