光子晶体光纤中超短激光脉冲传输的理论研究

摘要

光子晶体光纤(photonic crystal fibre,简称PCF)是一种近些年提出的、沿光纤截面存在二维周期性介电结构的光纤。由于其具有很多传统光纤不具备的优异特性，使PCF在非线性光学、超连续光谱的产生、光脉冲压缩以及光纤传感等领域具有广泛的应用前景与研究价值，可以说是光纤领域的一次革命。本论文着重进行了超短激光脉冲(皮秒与飞秒)在光子晶体光纤中非线性传输的理论与数值研究,主要内容如下:
　　1.介绍了光子晶体光纤的概念，综述了国内外光子晶体光纤及其应用研究的历史和现状，分析了其性能特点和应用领域。
　　2.介绍了光子晶体光纤中描述皮秒和飞秒光脉冲传输的广义非线性薛定谔方程(GNLSE)，并讨论了GNLSE的一种数值解法—分步傅立叶方法，基于这种算法编制了一套模拟飞秒脉冲在光子晶体光纤中非线性传输的计算机程序。
　　3.首先分析了非一致性光纤中的绝热孤子压缩原理，得出了非线性渐增光纤可以进行绝热孤子脉冲压缩的结论，分析讨论了不同的非线性渐增函数对孤子压缩的影响，然后将非线性渐增原理压缩光脉冲和传统的色散渐减方法作了比较。最后研究了在不同色散渐减与非线性渐增比值下的皮秒脉冲压缩过程，证实了非线性渐增原理最有利于光脉冲压缩性并分析了其原因。
　　4.将基于非线性渐增原理的绝热孤子压缩推广到了飞秒脉冲压缩的情况，分析了其性能并与色散渐减光纤压缩飞秒脉冲作了比较。
　　5.数值模拟研究了飞秒光脉冲在双折射光子晶体光纤中超连续光谱(SC)的产生与其偏振特性，分析了在光纤不同的色散区的SC展宽机理与偏振特性。数值模拟表明利用高双折射光子晶体光纤，同时使入射光的偏振方向尽量和光纤慢轴重合，可以使输出SC有较好的线偏特性。

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第一章 绪论

1.1 光子晶体光纤的概念

1.2 光子晶体光纤的特性

1.3光子晶体光纤的应用与数值研究方法

第二章 非线性薛定谔方程及其数值解法

2.1 非线性薛定谔方程

2.2 GNLSE的数值解法

2.3 GNLSE数值模拟程序的检验

2.4 小结

第三章 绝热孤子脉冲压缩研究

3.1 引言

3.2 基于非一致性光纤中绝热孤子压缩的理论模型

3.3 NIF中不同非线性渐增线型对压缩效果的影响

3.4 基于色散渐减、非线性渐增原理的脉冲压缩

3.5 小结

第四章 飞秒孤子脉冲在非线性渐增光纤中的压缩

4.1 理论模型

4.2 数值模拟与讨论

4.3 小结

第五章 双折射光子晶体光纤中超连续谱的产生及其偏振特性研究

5.1 耦合非线性薛定谔方程

5.2 正常色散区泵浦

5.3近零色散泵浦

5.4反常色散泵浦

5.5 小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录

作者攻硕期间取得的研究成果