拉曼自频移全光量化中的全光纤脉冲宽度压缩器设计

摘要

在基于拉曼自频移效应的高速全光模数转换器中，需要脉宽为亚皮秒量级的采样脉冲以获得大的自频移量，从而实现高精度量化，这就需要将锁模激光器输出的皮秒光脉冲进行脉冲宽度压缩。基于光纤中非线性效应和色散效应相结合的全光纤结构脉冲宽度压缩器具有结构紧凑、损耗小等优点，是实现上述目的的一个不错选择。
　　本文在详细研究光纤中自相位调制和群速度色散相互作用的基础上，设计了可用于上述全光模数转换器的单级色散梳状分布全光纤脉冲宽度压缩器和基于反常色散渐变光纤中孤子效应的脉冲宽度压缩器。采用对称分步傅里叶方法数值求解了广义非线性薛定谔方程，对皮秒光脉冲在两种压缩器中的传输演变进行了数值模拟；得出了满足上述全光模数转换器要求的压缩器参数；最后分析了三阶色散效应对压缩器工作特性的影响。
　　计算表明：在单级色散梳状分布全光纤脉冲宽度压缩器中，两种光纤组合均能将脉冲宽度（FWHM）为2ps的高斯脉冲压缩到300fs和200fs，可以大大提高基于拉曼自频移的全光模数转换器的全光量化性能；高非线性光纤和保偏光纤组合需要的入射脉冲功率小，但输出脉冲基座较大；高非线性光纤和单模光纤组合正好相反；在反常色散渐变光纤的孤子效应压缩中，反常色散渐增光纤的压缩输出脉冲基座较小；反常色散渐减光纤的输出脉冲压缩比大，但基座也很大，且在光纤输出端二阶色散值为0时，压缩输出脉冲宽度最窄；与单级色散梳状分布全光纤脉冲宽度压缩器比较发现，反常色散渐增光纤得到基座对称分布的压缩输出脉冲。

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第一章 绪论

1.1 光学模数转换系统简介

1.2 光脉冲压缩技术研究的背景及现状

1.3 本文的主要研究目的和内容

第二章 光脉冲压缩基本理论

2.1 脉冲在光纤中的传输演变

2.2 群速度色散

2.3 自相位调制

2.4 光脉冲压缩

2.5 本章小结

第三章 广义非线性薛定谔方程的数值解法

3.1 对称分步傅里叶方法

3.2 对称分步傅里叶方法数值求解GNLS方程的预处理

3.3 计算流程

3.4 本章小结

第四章 单级色散梳状分布全光纤脉冲宽度压缩器的设计方案

4.1 全光纤脉冲压缩器的结构模型和设计方案

4.2 脉冲在HNLF和反常色散光纤中的传输演变特性

4.3 单级色散梳状分布全光纤脉冲宽度压缩器的设计

4.4 本章小结

第五章 反常色散光纤中孤子效应实现脉冲压缩

5.1 孤子效应压缩器原理和理论模型

5.2 反常色散光纤的孤子效应压缩方案

5.3 数值计算结果与分析

5.4 本章小结

第六章 三阶色散效应对SPM致频谱展宽影响的数值分析

6.1 TOD对展宽脉冲啁啾的影响

6.2 TOD对压缩输出脉冲的影响

6.3 本章小结

第七章 结论

7.1 本文主要完成的工作

7.2 本文的主要成果

7.3 对今后研究的研究展望

致谢

参考文献

附 录一

附录二

攻硕期间取得的研究成果