超高斯啁啾光脉冲在单模光纤中传输的演化行为

本文从激光脉冲在单模光纤中传输所满足的非线性薛定谔方程出发,通过分步傅里叶变换方法,数值研究了超高斯啁啾光脉冲在单模光纤中脉冲形状的演化.研究表明,超高斯脉冲在单模光纤中传输将经历一个从近平顶、多峰、最后到单峰的演变过程,且高阶色散将引起脉冲形状发生畸变;在GVD和SPM效应的共同作用下,无啁啾的超高斯脉冲在特定条件下将出现孤子演变,具有正啁啾的超高斯脉冲在传输的初始阶段,脉冲形状的变化非常剧烈,而由于负初始啁啾减弱了非线性与色散效应引起的频率啁啾,所以其脉冲波形的变化平缓一些.研究表明,SPM产生的啁啾对入射脉冲的初始啁啾有一定的补偿作用.     

SPM对啁啾超高斯脉冲频谱演变的影响

本文通过理论计算,给出了带有初始啁啾的超高斯脉冲由于SPM影响所致的频谱表达式。在此表达式的基础上,利用数值模拟的办法,对照分析了初始啁啾对超高斯脉冲频谱演变的影响。研究结果表明:初始啁啾非常明显的影响超高斯脉冲的频谱,初始正啁啾加剧频谱展宽,初始负啁啾减小频谱展宽。可见,引入初始负啁啾有利于优化超高斯脉冲传输系统的性能。     

损耗和啁啾对皮秒脉冲孤子效应压缩的影响

在计及光纤损耗的前提下,近似求解非线性薛定谔方程,分析了单模光纤的负群速度色散区群速度色散(GVD)和自相位调制(SPM)对啁啾脉冲的作用,定量计算光纤损耗和初始正啁啾对皮秒脉冲孤子效应压缩的影响。结果表明,初始正啁啾改善了损耗对压缩参量的不良影响,遏制了最佳光纤长度的增加。若选取适当的光纤长度和初始峰值功率,可以实现正啁啾脉冲在单模光纤中的有效压缩。     

五阶非线性光纤中双脉冲不对称的频谱特性

从光纤中包含五阶非线性效应的扩展耦合非线性陛薛定谔方程组出发,在同时考虑到脉冲间群速度失配和入纤初始时延的情况下,计算模拟了不同五阶非线性和初始时延参数下高斯双脉冲的功率频谱,分析讨论了双脉冲不对称的频谱特性.结果表明,在相同的群速度失配参数下,脉冲的频谱将出现不同程度的蓝移或红移,且两脉冲的频谱移动方向是相反的,而且功率较小的脉冲具有更大的频谱不对称.当脉冲间初始时延能较好地抵消群速度失配引起的走离时,两脉冲的频谱都将是对称的.而正负五阶非线性分别对脉冲频谱起增大和减小作用.     

单周期量级光脉冲研究

给出了利用单模光纤中的交叉相位调制效应产生单周期量级光脉冲的基本思想,然后用数值方法详细分析了初始脉冲条件的改变对脉冲频谱展宽的影响,最终得到了从200THz覆盖到1000 THz的超宽带频谱,其傅里叶变换可产生单周期量级光脉冲.     

光子晶体光纤中非线性传输的数值研究

数值模拟了飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输过程,详细计算分析了自相位调制（SPM）、脉冲内拉曼散射（ISRS）、自陡峭（SS）以及群速度色散（GVD）、三阶色散（TOD）、四阶色散(FOD)对脉冲传输和频谱的影响。结果表明,在反常色散区,脉冲内拉曼散射以及三阶、四阶色散对频谱的展宽和脉冲的平滑都有着重要作用;而自陡峭是使高阶孤子分量产生分裂衰变,对光谱的不对称展宽有一定影响。     

超短光脉冲通过分布式光纤放大器的传输特性

为了探讨超短光脉冲在分布式光纤放大器中的传输放大特性及影响因素,建立了光脉冲在光纤放大器中的基本传输方程,以掺镱光纤放大器为例,采用分步傅里叶变换法对放大器中光脉冲的演变进行了模拟,讨论了初始啁啾和增益色散的影响。结果表明,当光脉冲在分布式光纤放大器中传输时,光纤的色散、非线性效应均会影响脉冲的形状和频谱,光脉冲初始啁啾也会对脉冲的传输状态产生影响;对于宽频谱光脉冲,增益色散相当于一种损耗机制,应该考虑其影响。相关结果对光纤放大器的系统设计和优化具有一定的参考价值。     

增益饱和半导体激光放大器中的自相位调制效应

本文分析了半导体激光放大器处于增益饱和状态下的自相位调制（SPM）效应,以及SPM效应对传输脉冲波形、相位及频谱的影响。指出了利用这种效应可以补偿传输光纤色散。但是,必须仔细选择传输系统的配置和放大器结构参数,以获得最佳色散补偿效果。     

光脉冲在非啁啾光纤光栅中的透射传输研究

基于均匀布拉格光纤光栅的色散特性,阐述了激光啁啾脉冲的传输演变特性,研究了工作于传输方式的非啁啾光纤光栅的透射传输特性.讨论了光源线宽、光栅长度、光栅耦合系数等光栅参数以及初始脉宽、初始啁啾等参量对补偿光纤长度的影响,通过理论计算和模拟实验研究光栅对脉冲的补偿能力.     

啁啾超高斯脉冲半导体激光器频谱的补偿修正研究

利用一段色散位移光纤(DSF)对半导体激光器产生的皮秒啁啾超高斯脉冲的频谱补偿修正,获得了较好的修正结果。适当的压缩脉冲频谱可以减小码间干扰,防止频谱因过度展宽而导致信号脉冲失真,从而在一定程度上有利于超高斯脉冲的稳定传输,提高光纤系统的传输距离。研究时,采用对称分步傅里叶法(SSFM),数值模拟了初始啁啾为-3,初始脉宽为10ps,峰值功率为30W的啁啾超高斯脉冲,在DSF中传输时消啁啾的频谱演变过程。模拟结果表明,利用长度为0.5m的DSF可以在最大程度上消除该初始脉冲的“红移”啁啾。     

Self-phase modulation and spectral broadening of optical pulses insemiconductor laser amplifiers

Amplification of ultrashort optical pulses in semiconductor laser amplifiers is shown to result in considerable spectral broadening and distortion as a result of the nonlinear phenomenon of self-phase modulation (SPM). The physical mechanism behind SPM is gain saturation, which leads to intensity-dependent changes in the refractive index in response to variations in the carrier density. The effect of the shape and the initial frequency chirp of input pulses on the shape and the spectrum of amplified pulses is discussed in detail. Particular attention is paid to the case in which the input pulsewidth is comparable to the carrier lifetime so that the saturated gain has time to recover partially before the trailing edge of the pulse arrives. The experimental results, performed by using picosecond input pulses from a 1.52-μm mode-locked semiconductor laser, are in agreement with the theory. When the amplified pulse is passed through a fiber, it is initially compressed because of the frequency chirp imposed on it by the amplifier. This feature can be used to compensate for fiber dispersion in optical communication systems     

光纤中双脉冲传输的频率啁啾及脉冲压缩

对双脉冲在光纤中传输时所满足的非线性耦舍方程进行了理论分析和数值计算,求得了脉冲演化时啁啾参量的一般表达式。结果表明,利用交叉相位调制效应压缩光脉冲时,无论泵浦脉冲还是信号脉冲,其线性源啁啾都对光脉冲的压缩产生重要影响。在泵浦功率一定的条件下,选取负啁啾的泵浦脉冲和正啁啾的信号脉冲易于获得更短的压缩光脉冲。     

Heterodyne autocorrelation method for characterizing 1.55 μmoptical pulse train and for measuring dispersion and nonlinearity inoptical fibers

Heterodyne autocorrelation measurement of 1.55 μm optical pulses from an actively mode-locked external cavity diode laser is performed before and after transmission through an optical fiber. In heterodyne autocorrelation, optical spectrum is resolved electronically. This method is suitable for measurement of optical pulses with a spectral width of less than 100 GHz, and it gives not only the pulse width and chirp of the pulses, but also it is useful for determining the dispersion and optical Kerr constant of an optical fiber. Analytical formalism for deducing these quantities is given for Gaussian pulses. Principal measurement is performed using a mode-locked diode laser. Dispersion is measured for a conventional-dispersion fiber of 35 km. Also, self-phase modulation (SPM) is measured for a dispersion-shifted fiber of 15.83 km     

皮秒正啁啾脉冲的孤子效应压缩

在近似求解非线性薛定谔方程、分析单模光纤负群速度色散区群速度色散和自相位调制效应所致频率啁啾对入纤正啁啾脉冲的调制压缩机理的基础上，定量计算了在光纤负色散区损耗对初始正啁啾皮秒脉冲孤子效应压缩的影响．结果表明：初始正啁啾改善了损耗对压缩参量的不良影响，遏制了最佳光纤长度的增加，增强了压缩效果，提高了压缩质量．选取适当的光纤长度和初始峰值功率，可望实现光学脉冲在单模光纤中的有效压缩．     

三五阶非线性光纤中光脉冲的啁啾和频谱

为了探讨光纤的五阶非线性对光脉冲传输的影响,利用同时考虑三阶和五阶非线性效应的非线性薛定谔方程,在忽略光纤色散的情况下,解析并计算研究了超高斯光脉冲的非线性相移、频率啁啾。数值模拟了光脉冲传输的功率频谱。结果表明,与只有三阶非线性折射率的情形相比,正五阶非线性折射率的存在使光脉冲在光纤中传输的非线性相移和最大频率啁啾增大,使无啁啾光脉冲的频谱宽度变宽,谱峰数目增多,高斯脉冲初始啁啾对频谱的影响与三阶非线性折射率的情形类似;负五阶非线性折射率则使光脉冲传输的非线性相移和频率啁啾呈现新的特点,并使无啁啾光脉冲的频谱宽度变窄,谱峰数目减少。     

飞秒激光在大空气比微结构光纤中增强的非线性光谱展宽

报道了微结构光纤(MF)包层结构对超连续光谱产生影响的实验研究。在中心波长为820nm，脉冲宽度为35fs的激光脉冲作用下，在纤芯都为2μm，空气比分别为60％和80％的微结构光纤中获得不同的光谱展宽。由于空气比的增大，使得微结构光纤的有效模面积变得更小，其中传播的光场更能被局域在光纤纤芯中，非线性效应更加强烈，因此在空气比更大的微结构光纤中获得了更宽的超连续光谱。实验中分别在两种光纤中获得了近700nm(520～1200nm)和近1000nm(从350～1320nm)的超连续光谱，大空气比的微结构光纤中获得的非线性光谱展宽增强了1．25倍。对实验结果作了对比分析，并给出了相应的物理解释。     

高能量飞秒脉冲掺Er3 光纤激光器

为了从反常色散光纤构成的飞秒锁模掺Er^3＋光纤（EDF）激光器获得高能量锁模脉冲，提出了采用集总放大器和高损耗耦合输出器有机组合的办法来设计激光器腔体。实验结果表明，该方法能有效地减小降低腔内脉冲能量周期性波动，抑制频谱边带幅度，提高飞秒脉冲高能量及其频谱宽度。采用非线性偏振旋转机制进行锁模，成功获得谱线宽度为18．0nm、重复速率为14．0MHz、脉冲宽度约200fs、单脉冲能量超过1nJ稳定锁模光脉冲，并且激光器自启动锁模泵浦阈值小于20mW。     

五阶非线性光纤中光扰动所致超短脉冲串的产生

从光纤中包含五阶非线性效应的扩展非线性薛定谔方程出发,采用分步傅里叶算法,数值模拟了连续光波的幅度受到正弦光扰动的调制后在光纤中演化分裂成超短脉冲串的过程,探讨了五阶非线性效应和正弦调制周期对脉冲串形成和演化特点以及相应频谱的影响.结果表明,与三阶非线性相比,正五阶非线性使形成超短脉冲串的最佳光纤长度缩短,形成的单个脉冲宽度更窄、峰值功率更高,负五阶非线性则相反.正弦调制周期将影响脉冲串的重复率和最佳光纤距离.随传输距离的增加,单个脉冲可能分裂成两个甚至三个分脉冲,在主脉冲之间还可能出现一定数量的峰值功率弱的次脉冲.就频谱特性而言,正(负)五阶非线性可增多(减小)光波频率成分、加宽(窄化)频谱;视主脉冲有无分裂以及次脉冲的存在与否,频谱的形状也会不同.