一维周期结构中超短激光脉冲传输的理论与实验研究

摘要

折射率分布呈周期性变化的电介质结构对非单一频率的光波表现出高反和高透的传播行为，从而导致电介质结构中光子带隙的出现。频谱在带隙内的超短激光在光子晶体中的非线性传播行为的深入研究，引发了光学研究领域中一个新概念——间隙孤子。光波在周期结构中传播时随时间演化为形状保持不变的运动或静止的光脉冲，它的频率都包括在线性周期结构的光子带隙中，但由于非线性光学效应的作用使得Bragg频率发生了移动，从而间隙孤子可以传播。本文的工作将从研究超短激光脉冲在一维被动周期结构的传输特性出发，进而研究考虑横向衍射效应后超短激光脉冲在主动周期结构中的传播。先从理论上进行分析，再从实验上做了一些必要的准备工作。 第一章是引言，介绍了本论文的研究背景和研究目的。 本文的第二章简单介绍了Bragg光纤光栅的背景知识和非线性耦合模方程，分析了其光子带隙和色散关系，用高精度的四阶龙格库塔数值计算方法计算了一维非线性耦合模方程，数值模拟了皮秒激光脉冲在Bragg光纤光栅中的传输，理论上得到Bragg孤子并观察到脉冲延时与压缩效应。本章的工作是后面理论和实验工作的基础。 第三章中具体介绍了我们常用的共振周期结构的研究模型：共振吸收Bragg反射镜结构(ResonantlyabsorbingBraggreflector,RABR)，并简单介绍了该主动周期结构中光场演化常用的二波麦克斯韦布洛克方程组(TWMB)，讨论了RABR结构的线性色散特性。然后详细介绍了本章数值模拟所用的劈裂算子的计算方法，并退化到一维的情况进行验证。数值模拟了超短激光脉冲在RABR结构中的空时传播行为，得到了移动和静止的时空孤子。在本章的最后还提到了RABR结构中的超聚焦和负折射效应。 第四章是实验上的准备。详细介绍了我们实验上研究光栅孤子的实验装置，并重点介绍了光纤光栅的耦合、光谱测量以及带隙位置的调协。最后对目前实验装置存在的问题进行了讨论并提出改进设想。 最后一章，第五章，对整个论文做了总结，并讨论了今后的研究方向。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

第2章 Bragg光纤光栅中超短激光脉冲的传输

第3章 超短激光脉冲在RABR中的空时传播

第4章 Bragg光纤光栅中超短脉冲传输的实验研究

第5章 结论与展望

附录

致谢