光子晶体光纤中色散波生成特性的研究

摘要

光子晶体光纤(PCF)以其良好特性在光纤通信领域有着广泛的应用，也为非线性光学领域更深入的研究提供了可能。光子晶体光纤中色散波的产生是一个十分复杂的非线性光学过程，色散波的生成能极大地展宽输出脉冲的频谱，是光纤中超连续谱产生的一个重要物理因素。具体来说，色散波产生通常指入射的高阶孤子在非线性介质中传输时会受到高阶色散和非线性效应的影响从而向外辐射能量的一种现象。而在光纤零色散波长附近生成的相位匹配的色散波近年来被认为在超连续谱形成和光谱展宽过程中扮演了重要角色。色散波的产生无论在科学研究还是实际应用方面都引发了广泛的讨论与研究，一直是近几年来研究的热点。本文采用数值模拟的方法研究了不同零色散波长(ZDW)的光子晶体光纤中色散波的产生及其与色散斜率的关系，以及色散波与孤子之间的相互作用，取得了如下主要成果：
　　第一，基于光脉冲在光子晶体光纤中传输时遵循的非线性薛定谔方程，利用分步傅里叶方法数值研究了光子晶体光纤中色散波的产生及其特性。采用窗口傅里叶变化模拟实现了交叉相关频率分辨光学开关(X-FROG)技术，用以观察色散波生成的时频特性，以及孤子和色散波相互作用随光纤传输的演化过程。
　　第二，数值研究了光子晶体光纤中色散波的产生机理以及色散斜率对色散波产生的影响，仿真结果表明当色散斜率为正时，频域上产生了蓝移色散波B-DW，当色散斜率为负时，频域上产生红移色散波R-DW。讨论了产生的色散波与孤子的相互作用，即孤子捕获现象，并利用X-FORG技术数值模拟了单个零色散波长PCF中的孤子捕获现象。
　　第三，数值研究了具有一个零色散波长和具有两个零色散波长以及具有三个零色散波长的PCF中色散波生成及其与孤子相互作用的情况，系统地对比分析了不同零色散波长PCF中色散斜率对色散波生成位置的影响。仿真表明，在具有两个零色散波长的PCF中，能够同时获得蓝移色散波(B-DW)和红移色散波(R-DW)，红移色散波与孤子的相互作用有助于频谱向长波长方向扩展；在具有三个零色散波长的PCF中，在色散斜率为正的第一个ZDW附近生成B-DW，在色散斜率为负的第二个ZDW附近生成R-DW，而在色散斜率为正的第三个长波长零色散点处的反常色散区，生成了转移大量能量的类孤子辐射波，生成的频谱更为平坦并向长波长处延展。这对优化超连续谱光源，控制超连续谱的宽度和平坦度具有重要意义。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2光子晶体光纤简介

1.3研究背景及意义

1.4本文框架

第2章 光子晶体光纤中光脉冲传输的基本理论

2.1引言

2.2光脉冲在光子晶体光纤中的传输方程

2.3数值算法

2.4交叉相关频率分辨光学开关(X-FROG )技术

2.5 小结

第3章 光子晶体光纤中色散波的产生机理及其与孤子相互作用

3.1 引言

3.2 影响光脉冲传输的色散和主要非线性效应

3.3光子晶体光纤中色散波的产生机理

3.4光子晶体光纤中色散波与孤子的相互作用

3.5小结

第4章 具有不同ZDW的PCF中色散斜率对色散波产生特性的研究

4.1 引言

4.2色散波产生需要的相位匹配条件

4.3研究所选取的不同色散斜率情况的PCF

4.4 传统单个零色散波长PCF中色散波的生成

4.5 双零色散波长PCF中色散波生成特性分析

4.6 三个零色散PCF中色散波生成特性分析

4.7小结

结论

参考文献

致谢

附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文及专利目录

附录 B 攻读硕士期间参与的科研项目