拉曼效应对负折射介质中超短脉冲传输的影响

通过数值法对包含拉曼延迟响应的(3+1)维非线性薛定谔方程进行求解,研究了超短脉冲激光在负折射介质中传输时拉曼效应对自聚焦传输特性的影响,着重分析其不同与常规介质的反常传输现象.结果表明:由于负的折射率影响,拉曼效应将导致超短脉冲在自聚焦过程中频谱发生蓝移现象,这与常规介质对应情形相反;而它对负折射介质中超短脉冲的自聚焦特性的影响与常规介质相同,即拉曼效应将诱导自聚焦效应首先发生在脉冲的前沿.本文研究工作对将来利用负折射介质来操控超短光脉冲串产生、自聚焦等许多实际应用领域研究具有重要的指导意义.     

饱和非线性正折射异向介质中的调制不稳定性

直接从异向介质中包含饱和非线性、自陡峭和二阶非线性色散效应的非线性扩展传输方程出发,采用线性稳定性分析法,导出了调制不稳定性的色散关系、不稳定条件、无量纲的临界扰动频率和增益谱。计算和讨论了异向介质正折射区无量纲的增益谱随归一化角频率和入射功率密度的变化关系。结果表明,在异向介质正折射区,随归一化角频率和入射功率密度的不同,增益谱将会出现扰动频率大于零、扰动频率大于某个非零临界值、扰动频率大于零而小于某个非零临界值3种形式。在归一化角频率较小时,调制不稳定性可能出现阈值入射功率密度;且在较小的入射功率密度时,调制不稳定性只能出现在大于某个临界频率时。     

负折射介质中啁啾暗孤立波的传输特性研究

本文求解了描述负折射介质中超短脉冲传输的归一化薛定谔方程,发现负折射介质中可以存在一种非线性啁啾暗孤波.结合负折射介质的特性,详细研究了该啁啾暗孤波的形成条件和传输特性.结果发现,与普通介质中的暗孤波不同,该啁啾暗孤波只能存在于介质的反常色散区,且孤被的速度影响其啁啾和幅度.另外,我们数值研究了该啁啾暗孤波在诸如频率偏移、功率波动和噪声干扰下的稳定性,结果表明,这种啁啾暗孤波在有限的扰动下具有很好的稳定性.     

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.     

超常介质中部分相干光束传输的调制不稳定性研究

超常介质与常规光学介质的一个最重要的区别是前者具有色散磁导率,其折射率呈现出可正可负,这样调制不稳定性出现新特点。借助于Wigner变换,从一般的非线性薛定谔方程出发,得到了部分相干光满足Wigner-Moyal的方程,获得了色散关系和增益谱,揭示了部分相干度不仅可抑制调制不稳定性,而且还可以缩小发生不稳定性的频率范围。     

非线性光定向耦合器解的简化表达式

本文将非线性定向耦合器在任意输入情况的解进行了简化.在本文解的基础上,非线性光定向耦合器的工作点,即其开关、调制和放大应用(几乎所有应用)的输入条件能很容易地由解析式确定,并在理论上提出了非线性光定向耦合器一个新的应用:一束强光的相位可以由一束弱光的功率加以控制.     

基于非线性定向耦合器的光二进制逻辑器件

本文提出了一种新的非双稳态光学逻辑器件,它由一个双端输入的非线性光波导耦合器产生相应的输入输出波形,再经过多级单端输入的非线性耦合器进行波形限幅和整形,以获得阶跃开关特性.通过理论计算说明适当选择输入条件,这种器件可以实现所有六种基本的二进制逻辑运算功能:与、或、与非、与或、异或和同或.     

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.     

负折射介质中孤波间相互作用

以描述负折射介质中超短脉冲传输的归一化非线性薛定谔方程为模型,采用对称分步傅里叶算法研究了负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.数值模拟发现:当孤波的初始频移为零时,亮孤波间的相互作用与常规介质中类似;当孤波的初始频移不为零时,其传输速度和相互作用明显受三阶色散和自陡峭效应的影响,主要表现为相互排斥.而负折射介质中暗孤波间的相互作用与常规介质中的相互作用类似,无论暗孤波是否存在初始频移,暗孤波间的相互作用在三阶色散和自陡峭的影响下都表现为相互排斥.结果表明,通过调节三阶色散和自陡峭系数可以在一定程度上抑制负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.该研究结果为负折射介质在未来高速通信中的应用提供了理论依据.     

复合型变耦合系数定向耦合器开关特性的研究

研究了高斯—常数—高斯平滑连接的复合型变耦合系数定向耦合器的开关特性曲线。研究了耦合器各分段长度对开关曲线的影响。数值模拟发现,耦合器各组成部分的参量对耦合器开关曲线尾部的振荡及开关功率的大小均有影响,且呈现出一定的规律性。高斯型波导部分的相对长度以及直波导部分所占份额共同决定了耦合器开关曲线尾部的振荡大小,且开关曲线的振荡与耦合函数的傅里叶变换的振荡密切相关。     

多波导定向耦合器耦合特性

利用拉普拉斯变换,将多波导定向耦合器的耦合模方程组变换为三对角线性方程组,并采用追赶法求出了该方程组的通解;进一步,给定初始条件,进行拉普拉斯变换反演,即可严格地求出该耦合模方程组的解。采用该方法研究了5波导定向耦合器光从一个波导入射和等光强从5个波导入射时的耦合特性,求出了耦合模方程组解的解析表达式,给出了每个波导中光功率变化规律曲线。利用该方法,可很方便地求出任意有限数目波导组成的定向耦合器在任意入射条件下耦合模方程组的解,因此对于多波导定向耦合器结构的合理设计,具有非常重要的意义。     

Logic Gates Based in Asymmetric Couplers: Numerical Analysis

Abstract

In this work, we present a numerical investigation of the transmission and switching of fundamental solitons in asymmetric nonlinear directional couplers, constructed with dispersion decreasing fibers (DDF). In this configuration, the coupler consists of two separated parallel fibers, one with a DDF profile and the other with a constant profile. We obtained the characteristics of transmission, extinction ratio, and compression factor of the device.

The truth tables for the logic gates AND, OR, and XOR were obtained. We concluded that the device presenting a constant profile provided the best performance of the studied logic gates. Logic gates AND, OR, and XOR operating with extinction coefficient around 16.6 dB were obtained.     

臂内含光纤光栅的方向耦合器的理论研究

提出了臂内含有光纤光栅的方向耦合器的一般原理，推导了任意端口输入任意一端口的输出表达式，作为特例，研究了两类法布里－珀罗干谐振腔，发现它们之间存在一种交换等价关系，第一次阐述光纤光栅法布里－珀罗腔中调幅和调频的概念。     

Effects of third-order dispersion on soliton switching in fiber nonlinear directional couplers

The split-step Fourier method is used to study the energy switching characteristics of fiber nonlinear directional couplers with the third-order dispersion. The effects of the third-order dispersion increases with the third-order dispersion coefficient and input power and result in pulse shift and energy decreases. Adding high-order nonlinear can partly overcomes these effects.     

受激拉曼散射对非线性介质波导的时空不稳定性影响

基于非线性包络方程我们研究了平面非线性介质波导中的时空不稳定性,得到了有拉曼散射效应情形下不稳定性调制的增益谱的表达式.结果表明在正常和反常两种群速度色散情形下,拉曼散射效应都会导致出现新的不稳定性区域,并且使原有的每一个谱分量的增益上升从而使谱的范围扩大.并通过分析反常色散情况下四种不同函数分布的非线性色散介质系数对不稳定性增益谱的影响,得到呈双曲函数分布的非线性色散介质最为理想.     

Nonlinear Dynamics of Circularly Polarized Laser Pulse Propagating in a Magnetized Plasma with q ‐Nonextensive Velocity Distributions

The nonlinear dynamics of a circularly polarized laser pulse propagating in magnetized plasma contains hot nonextensive q ‐distributed electrons and ions is studied theoretically. A nonlinear equation which describes the dynamics of the slowly varying amplitude electromagnetic wave is obtained using the relativistic two‐fluids model. Some nonlinear phenomena include modulational instability, self‐focusing, soliton formation, and longitudinal and transversal evolutions of laser pulse in nonextensive plasma medium are investigated. Results show that the nonextensivity of particles can substantially change the nonlinearity of medium. The external magnetic field enhances the modulation instability growth rate of right‐hand polarization wave but for the left‐hand polarization the growth rate decreases. The spot size of the laser pulse is strongly affected by the plasma nonextensivity. (© 2016 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

高阶色散和指数饱和非线性光纤的调制不稳定性

采用线性稳定性分析法,解析和计算了指数饱和非线性和高阶色散光纤中的调制不稳定条件和增益谱。结果表明:当二阶和四阶色散同为负时,随着参数的不同,增益谱可能只有一个谱区,也可能出现两个分离的谱区;当二阶和四阶色散分别为正和负时,无调制不稳定性;在其它色散区,则只有一个谱区。指数饱和非线性可能使各谱区的谱宽、峰值增益随入纤功率的增大呈现出先增大后减小的特点,即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。在其它参数相同时,指数饱和非线性下增益谱的谱宽和峰值增益随入纤功率的变化速度将比传统饱和非线性更快。     

光束束宽对自散焦介质中诱导光束聚焦的影响

影响自散焦介质中诱导光束聚焦过程的方程参量和初始条件共有5个，即两光束波长比(方程参量)、抽运光和信号光的初始振幅、两光束初始束宽比和两光束中心初始间距。通过数值计算讨论了初始束宽比在不同初始光束间距和波长比情况下对信号光聚焦过程的影响，得到了信号光聚焦效果的最佳初始参量条件。从而实现了对影响自散焦介质中诱导光束聚焦过程5个参量的完整详细研究。     

Cross-phase modulation instability in optical fibres with exponential saturable nonlinearity and high-order dispersion

Utilizing the linear-stability analysis, this paper analytically investigates and calculates the condition and gain spectra of cross-phase modulation instability in optical fibres in the case of exponential saturable nonlinearity and high-order dispersion. The results show that, the modulation instability characteristics here are similar to those of conventional saturable nonlinearity and Kerr nonlinearity. That is to say, when the fourth-order dispersion has the same sign as that of the second-order one, a new gain spectral region called the second one which is far away from the zero point may appear. The existence of the exponential saturable nonlinearity will make the spectral width as well as the peak gain of every spectral region increase with the input powers before decrease. Namely, for every spectral regime, this may lead to a unique value of peak gain and spectral width for two different input powers. In comparison with the case of conventional saturable nonlinearity, however, when the other parameters are the same, the variations of the spectral width and the peak gain with the input powers will be faster in case of exponential saturable nonlinearity.