光子晶体光纤非线性光学特性的理论研究

摘要

光子晶体光纤（PCF）是一种沿光纤端面存在周期性介电结构排列的特殊光纤，由于其崭新的概念，优异的性能和在光通信、非线性光学、光电子学等领域潜在的应用前景而成为国际光电子行业的热门课题。PCF灵活的结构可调性，使其具有高双折射、可控色散、高非线性等独特性质.尤其PCF独特的非线性特性被广泛应用于参量放大、宽带可调谐波长转换、光纤通信器件、脉冲压缩和相位调制等领域。因此，对PCF非线性光学特性的研究具有重要的学术意义和应用价值。本文对光子晶体光纤非线性光学特性进行了理论研究，主要内容如下：
　　 1.概述了光子晶体光纤的概念、性能特点及其应用进展，着重介绍了非线性光学方面的应用。
　　 2.分类讨论了光子晶体光纤中的三阶非线性效应，着重探讨了多个光波在PCF中相互作用所引起的四波混频及四波混频中相位匹配等问题。
　　 3.从波动方程出发，推导了光子晶体光纤中飞秒光脉冲传输的非线性薛定谔方程（NLSE）；利用对称分步傅立叶法对非线性薛定谔方程进行了数值求解，模拟了高阶色散和高阶非线性效应对飞秒光脉冲在PCF中传输的影响；分析了飞秒激光脉冲在不同色散区传输时的时域和频域展宽情况；研究了高阶色散、自陡峭，脉冲内拉曼效应对PCF中超短脉冲的传输以及超连续光谱产生的影响。
　　 4.建立了描述四波混频理论的非线性耦合方程组，并利用Runge-Kutta法对耦合方程组进行了数值求解；分析了光纤参量放大的增益特性、带宽特性、以及波长转换的转换效率和转换带宽，模拟了光子晶体光纤长度、非线性系数、色散、泵浦波长以及泵浦功率对参量增益和带宽的影响，找出了影响其性能的关键参数..

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第一章 绪论

1.1光子晶体光纤概述

1.1.1光子晶体光纤的概念

1.1.2光子晶体光纤的分类

1.1.3光子晶体光纤的特性

1.1.4光子晶体光纤的应用

1.2本文的主要内容和意义

第二章 光子晶体光纤非线性效应的基本理论

2.1光纤中非线性效应的产生机理

2.2光纤中非线性效应

2.2.1非弹性过程

2.2.2弹性过程

第三章 光子晶体光纤中超连续谱产生的理论研究

3.1理论基础和研究方法

3.1.1非线性薛定谔方程的推导

3.1.2对称分步傅里叶方法

3.1.3归一化非线件薛定谔方程

3.2数值模拟结果及其分析

3.2.1高阶效应的影响

3.2.2色散特性的影响

3.2.3脉冲初始功率的影响

3.3小结

第四章 光子晶体光纤中光参量过程的理论研究

4.1光参量过程的理论模型

4.1.1四波混频的非线性耦合波方程

4.1.2参量增益和增益带宽

4.2数值模拟结果及其分析

4.2.1信号输出功率和光纤长度的关系

4.2.2参量放大增益和增益带宽的模拟和分析

4.2.3波长转换效率和带宽的模拟和分析

4 3小结

参考文献

致谢