基于孤子自频移效应的超短脉冲光源及特性研究

摘要

孤子自频移(SSFS)是由光纤内拉曼散射效应产生的一种高阶非线性现象，使光脉冲中高频分量作为泵浦光将能量传递给低频分量，导致光孤子中心波长连续地往长波长方向移动，而单位长度自频移量与入射光脉宽、光纤色散、光纤拉曼增益等有关。这种现象提供了一种波长转换机制，即通过改变入射光功率可以得到波长连续可调的脉冲光输出。本文主要研究了基于干涉自相关仪的超短脉冲测量方法和基于孤子自频移的2μm波段可调谐超短脉冲光源，提出了一种增强孤子自频移最大频移量的有效手段。
　　文章开始讨论了孤子自频移效应在可调谐激光器、光模数转换器、光延迟器的应用情况，分析了国内外基于孤子自频移效应的可调谐激光器的发展现状和趋势，总结了目前几种主要的增强孤子自频移效应的方法，然后提出了本文的研究内容和创新点。
　　在总结了超短脉冲的测量方法的基础上，利用MATLAB对干涉自相关法进行了数值模拟，分析了不同初始啁啾量下超短脉冲的干涉自相关信号(IAC)，并设计和制作了自相关仪，测量特定激光器的脉宽，得到了较好的准确度。然后阐述了光纤中的光孤子和孤子自频移的理论，并基于MATLAB采用分步傅里叶算法对非线性薛定谔方程(NLSE)进行了数值模拟，得到并讨论了孤子阶数和高阶色散对光纤中光孤子传输的影响，和孤子自频移效应与色散系数、孤子阶数和脉宽的关系。
　　考察了1.55μm脉冲泵浦大模场光子晶体光纤LMA25得到的光孤子波长的调谐特性。用自相关仪测量1.83μm处的光孤子，得到脉宽为131fs，调整入射光功率，可以得到1.6-2.1μm的波长调谐范围。通过将掺铥光纤TDF级联在LMA25光纤后面，可以实现2.014-2.172μm的可调谐超短脉冲光源，相比于LMA25中的情况，这种级联结构使孤子最大频移量增加了100-160nm不等。进一步研究认为，Tm3+吸收了残留的1.55μm泵浦光，在1.9μm波段产生了受激辐射，增强了拉曼效应，从而孤子获得了额外频移量。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 孤子自频移及其应用概述

1．2 孤子自频移效应增强方法概述

1．3 国内外研究进展

1．4 本文的主要内容和章节安排

1．5 本文的主要创新点

2 超短脉冲测量理论分析和实验

2．1 超短脉冲测量技术

2．1．1 皮秒脉冲检测

2．1．2 飞秒脉冲检测

2．2 自相关测量理论和数值模拟

2．2．1 自相关法测量原理

2．2．2 自相关数值模拟

2．3 自相关实验平台

2．4 超短脉冲测量实验和结果分析

2．5 本章小结

3 光纤中的光孤子以及孤子自频移现象

3．1 光纤中的光孤子理论

3．1．1 非线性薛定谔方程(NLSE)

3．1．2 光孤子的数值模拟

3．2 孤子自频移

3．2．1 孤子自频移理论

3．2．2 孤子自频移的数值模拟

3．3 本章小结

4 基于孤子自频移的可调谐脉冲光源

4．1 可调谐激光器技术概述

4．2 基于光子晶体光纤LMA25的孤子自频移实验

4．2．1 孤子自频移实验平台搭建

4．2．2 实验结果分析

4．3 基于级联型光纤的可调谐脉冲光源

4．3．1 中红外区域和掺铥光纤概述

4．3．2 基于级联型光纤的可调谐脉冲光源实验

4．3．3 实验结果分析

4．3．4 孤子最大频移量增加机理讨论

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果