具有两个零色散点的光子晶体光纤中超连续谱产生的研究

摘要

光子晶体光纤与传统光纤相比有一些特殊的光学特性，如无截止单模、丰富的光学非线性、不同寻常的色散等，在光通信等领域具有广阔的应用前景。超连续谱产生是光子晶体光纤的众多应用中最令人激动的非线性光学现象，因为它无论在科学研究还是在实际工程中都有着广泛的应用，成为近几年的研究热点。本文研究具有两个零色散点的光子晶体光纤中的超连续谱产生，取得如下主要结果： 第一，光子晶体光纤中光脉冲传输和超连续谱的产生是极其复杂的过程，许多高阶线性和非线性效应已经不能忽略，数值模拟是重要且有效的手段。本文基于广义非线性薛定谔方程开发出了能够模拟光脉冲非线性传输和超连续谱产生的计算机程序，与文献结果比对，验证了程序的正确性。 第二，利用数值模拟方法，揭示了两种不同结构的光子晶体光纤中的超连续谱产生规律。对于两个零色散点相距较远（570nm）的光子晶体光纤，在传输的初始阶段，孤子自频移效应可以忽略不计，频谱的展宽主要依赖于自相位调制和色散波放大，但受激拉曼散射减缓了色散波的形成速度；在传输的后续阶段，孤子自频移使得反常色散区的能量不断转移到长波长处，频谱逐渐缓慢展宽。对于两个零色散点相距较近（170nm）的光子晶体光纤，频谱的展宽主要依赖于自相位调制和四波混频，由于反常色散区的范围相对于前一种光纤要窄，故反常色散区的能量很快就进入正常色散区，且达到饱和展宽所需的传输距离比前一种光纤短。 第三，数值模拟研究了初始噪声和初始频率啁啾对超连续谱产生的影响。对于有初始噪声的情形，利用线性稳定性分析方法，获得了噪声的物理模型，研究发现，噪声加快了脉冲的分裂，色散波出现所需的传输距离比没有噪声时短；噪声不仅减弱了孤子走离效应且抑制了孤子自频移，使得长波长处的超连续谱质量变差。当考虑初始频率啁啾时，结果表明，如果初始频率啁啾足够大，两个零色散点之间的能量几乎可以完全转移到正常色散区；相对于负啁啾时产生的复杂且变化不规则的超连续谱来说，加入正啁啾时产生的超连续谱更平坦且有规则。

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论文说明：图表目录

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第1章绪论

1.1引言

1.2光子晶体光纤简介

1.2.1光子晶体光纤的结构及分类

1.2.2光子晶体光纤的特性

1.2.3光子晶体光纤的应用

1.3光子晶体光纤中超连续谱产生现象及其研究进展

1.3.1影响光子晶体光纤中超连续谱产生的几种主要因素

1.3.2用于产生超连续谱的几种光子晶体光纤

1.3.3超连续谱的应用

1.3.4超连续谱的国内外研究现状

1.4本文框架

第2章光子晶体光纤中光脉冲传输的理论模型及数值模拟方法

2.1光子晶体光纤中光脉冲传输的理论模型

2.1.1波动方程

2.1.2基本的传输方程

2.1.3广义非线性薛定谔方程

2.2数值模拟计算方法

2.4小结

第3章具有两个零色散点的光子晶体光纤中超连续谱的产生

3.1引言

3.2光纤模型和主要计算参数

3.3数值模拟结果

3.3.1在两个零色散点相距570nm的光纤中传输的情形

3.3.2在两个零色散点相距170nm的光纤中传输的情形

3.4小结

第4章光子晶体光纤中初始噪声和初始频率啁啾对超连续谱产生的影响

4.1引言

4.2光子晶体光纤中初始噪声对超连续谱产生的影响

4.2.1理论模型

4.2.2初始噪声对超连续谱产生的影响

4.3光子晶体光纤中初始频率啁啾对超连续谱产生的影响

4.3.1理论模型

4.3.2初始频率啁啾对超连续谱产生的影响

4.4小结

总结与展望

参考文献

致谢

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