光子晶体光纤中色散波的研究

摘要

光脉冲在光纤中的传输是非线性光学的一个基本问题，其中一个很重要的方向就是色散波的产生。色散波是指光脉冲在光纤中传输时受到非线性效应、高阶色散和各种损耗等因素的微扰，能量由输入脉冲转移到新频谱成分上的现象。对色散波的研究有助于理解孤子传播问题，同时它也是超连续谱产生的重要机制，在众多领域应用潜力颇深，在理论和实验上都引起了国际国内的强烈关注。光子晶体光纤具有独特特性，尤其是当各式空心光子晶体光纤被发明出来之后，其非线性效应和色散的灵活可调性以及纤芯可以充气的特性，为我们探究色散波特性及其产生机制和过程提供了极佳的物理环境。在空心光子晶体光纤中用超短脉冲产生色散波，近年间一直是该领域研究热点。本文研究了在空心光子晶体光纤中产生色散波的物理过程，完善了理论并探究了其中的影响因素。针对不同的输入脉冲和光子晶体光纤条件，结合NLSE和UPPE方程的特点和适用条件分别做了数值模拟，建立并优化了模拟程序。主要研究内容和结论可以归纳如下： 研究了少周期强激光脉冲在充入 10 个大气压 Kr 气的空心 Kagome 光子晶体光纤中传播的过程，并深入探讨了其中的动态传输过程，归纳了与各类因素的影响结果及之间的相互作用。其中强激光电离惰性气体产生的等离子体是研究关键，它与其他因素的相互作用会使色散波的产生具有新的特点，使原本无法满足相位匹配条件的波长位置达到相位匹配的要求，这决定了色散波的产生，从而使利用色散波的能量转移特性产生如中红外或者其他感兴趣波段的相干性光源成为可能。 之后，又创造性的引入近锯齿波作为泵浦，在充有压强为7个标准大气压的Kr 气的 Kagome HC-PCF 中产生了多个色散波，并观察到了气体电离之时引发的多色散波的频率转换关系。我们讨论了脉冲传输的动力学过程，对于气体电离带来的色散波的频率转换现象，利用等离子体修正的相位匹配方程做出了定性解释。

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