基于圆柱谐振腔的高功率微波脉冲压缩系统

提出了一种新型的基于圆柱谐振腔的高功率级波脉冲压缩系统,介绍了该系统的结构形式,给出了部分关键器件的数值模拟结果,对系统的功率容量及品质因数进行了初步分析.对于高功率微波(HPM)脉冲压缩系统来说,系统的功率容量与最终获取的HPM功率大小密切相关,谐振腔的固有品质因数与系统效率密不可分,工程实践表明,相对于基于矩形谐振腔的脉冲压缩系统,本文设计的基于圆柱谐振腔的脉冲压缩系统功率容量可提高一个量级,谐振腔的固有品质因数可提高5倍以上. 关键词： 高功率微波 脉冲压缩 谐振腔 功率容量     

用于CARS激发源的全光纤飞秒脉冲谱压缩

进行了基于光纤预啁啾和自相位调制的多模/单模组合式全光纤啁啾谱压缩研究.提出利用多模光纤模式估计群速度色散均值的方法,并将该估计值作为啁啾参量分析的计算参数,仿真计算了50/125μm折射率渐变多模光纤的群速度色散均值及其与单模光纤在不同长度比值下的光谱压缩效果.采用三种折射率渐变多模光纤进行实验,对比分析了折射率渐变多模光纤的芯径大小及其与单模光纤的长度比值对光谱压缩效果的影响.实验结果表明使用50/125μm折射率渐变多模光纤获得光谱最大压缩比为5.796,谱宽为2.243 nm,与理论仿真一致;使用105/125μm折射率渐变多模光纤,可进一步提高压缩比至152.941,输出谱宽为0.085 nm的光脉冲.将此脉冲用于相干反斯托克斯拉曼散射光谱探测,理论光谱分辨率可达1.386 cm~(-1).     

全光纤脉冲压缩器的理论及实验研究

对色散位移光纤＋普通单模光纤构成的全光纤脉冲压缩器进行了理论分析，分析了压 缩效果与光纤参数及输入脉冲参数的关系；对不同中心波长和脉宽的主动锁模光纤激光器的 输出脉冲进行了压缩实验，均得到了近变换限Sech的压缩脉冲，实验结果与理论分析一致. 关键词： 全光纤脉冲压缩器 压缩因子 基座能量 主动谐波锁模光纤 激光器     

Numerical study on adiabatic compression of ultrashort fundamental solitons in an erbium-doped fiber amplifier

In this paper, the compression and amplification of fundamental solitons in an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) are investigated by using the numerical method. The results show that the unchirped fundamental solitons can be compressed and amplified by selecting an appropriate length of the EDFA when the peak gain of the EDFA is fixed, and the compression and amplification satisfy the adiabatic condition. Furthermore, the fundamental solitons with appropriate positive chirp parameters can be compressed and amplified effectively by selecting an appropriate length of the EDFA, but the pulse compression cannot satisfy the adiabatic condition. Moreover, the compression of the fundamental solitons with negative chirp also cannot satisfy the adiabatic condition, and the compression effects are very poor. Thus, the chirp should be reduced before adiabatic compression using the EDFA.     

色散补偿和色散位移光纤实现光脉冲压缩

根据超短光脉冲在光纤中传输的非线性薛定谔方程，模拟了不同色散参量情况下色散补偿和色散位移光纤对增益开关半导体激光器产生的光脉冲的压缩，给出了光脉冲在经过色散补偿光纤前后的啁啾曲线。结果表明，使用色散参量D分别为-150，-180和-20ps/(nm·km)的色散补偿光纤可以实现其他脉冲压缩方法的压缩效果，最大压缩因子达到6.09，但色散参量越大，所需光纤长度就越短。此外，脉冲经过色散补偿光纤后线性啁啾几乎为零。还利用色散位移光纤对脉冲进行孤子压缩，脉冲宽度由最初的45ps减小到1.23ps。指出采用这2种光纤相结合的方法可以对光脉冲实现高效压缩。     

基于高非线性微结构光纤环镜的脉冲压缩与基座抑制

提出了利用一种高非线性微结构光纤构成非线性光纤环镜（NOLM）进行脉冲压缩和基座抑制的方案.所提出的微结构光纤具有高非线性系数和大反常色散.理论研究了基于这种微结构光纤的NOLM对脉冲的压缩效应，并分析了压缩的机制.数值结果表明，这种NOLM采用较短的光纤长度就能有效地压缩脉冲并明显抑制了基座.对于给定的输入脉冲，存在一个最优的环路长度，可以获得高质量的压缩脉冲.通过适当选择耦合比和环路长度，则可以完全消除脉冲的基座.     

利用群速度匹配的级联二阶非线性实现超短激光脉冲压缩

提出了一种采用倾斜脉冲的级联二阶非线性来实现超短激光脉冲压缩的方法. 对基于单块BBO晶体中基频光与倍频光群速度匹配的级联二阶非线性的脉冲压缩方案进行了理论分析. 对比研究了群速度匹配与失配情况下利用级联二阶非线性进行脉冲压缩的效果, 并模拟分析了基频光与倍频光的位相失配量、非线性晶体长度、 基频光初始峰值光强和初始脉宽等因素对脉冲压缩效果的影响. 结果表明, 基频光与倍频光的群速度匹配将会大幅度改善压缩脉冲的时间波形和频谱分布. 通过对位相失配量、晶体长度、初始光强等参数的优化和选取可获得较理想的压缩效果. 采用倾斜脉冲的级联二阶非线性的脉宽压缩方法, 针对中心波长800 nm、脉宽100 fs, 峰值光强为50 GW/cm²的基频光脉冲, 采用25 mm厚BBO晶体, 当基频光与倍频光位相失配量Δk=60 mm^-1(对应失谐角1.98°), 晶体外部脉冲前沿倾斜角γ₀=74°时, 计算获得了质量较好的20 fs剩余基频光, 并同时产生了14 fs的倍频光. 关键词： 倾斜波 级联二阶非线性 群速度失配 脉冲压缩     

不同偏振飞秒激光经块状材料传输后的脉宽压缩

实验研究了线偏振和圆偏振状态下的飞秒强激光脉冲在块状材料中的传输过程。不同偏振的激光脉冲在传输过程中得到了不同程度的光谱展宽,经色散补偿后,脉冲时域宽度均得到了压缩。详细分析了压缩脉冲的脉宽以及啁啾情况与入射激光脉冲能量之间的关系,比较了飞秒激光在线偏振及圆偏振情况下的不同压缩效果。在线偏振入射光情况下得到了最短21fs的压缩脉冲宽度,在圆偏振情况下得到的最短脉冲宽度为22fs。实验结果表明,这种光谱展宽与色散补偿方式对圆偏振光同样适用,而且圆偏振的入射激光将更有利于对更高能量的脉冲进行压缩。在色散补偿量相同的情况下,压缩效果随入射脉冲能量变化的规律符合理论估计。     

Experimental researches of propagation of acoustic compression pulses in copper wires

The results of experimental research related to the propagation of elastic-plastic compression pulses in polycrystalline copper wires are presented. We have developed a technique of generating compression pulses with amplitudes of pressure exceeding 100 MPa; this essentially exceeds the elasticity limit of copper. This allows us to carry out the research for the propagation of compression pulses in copper wire (as simples). Significant influence of the pulse amplitude on its spectrum, velocity and absorption will be discussed. The experiments showed that as the amplitude of the pulse increase the pulses velocity is decreased and absorption will be increased. The pulse spectrum also changes correspondingly. The analysis and discussion of experimental results will be presented through the context.     

超短激光脉冲在不同色散参量光子晶体光纤中传输的数值模拟

为了使得数值模拟更为精确,采用广义非线性薛定谔方程(GNSE)描述超短激光脉冲在光子晶体光纤中的传输演化过程,并利用二阶分步傅里叶方法通过求解方程,数值计算了相同脉宽和能量的超短脉冲在不同色散参量的光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生。比较了超短脉冲在光纤不同色散区传输时,高阶色散和非线性效应对超连续谱的产生以及对脉冲波形演化的影响。结果表明,相对于超短脉冲中心波长位于光子晶体光纤的正常和反常色散区,可以相应获得短波波段和长波波段的超连续谱输出,当超短脉冲中心波长位于零色散波长点时,通过色散和非线性效应的联合作用,更易于产生全波长段的平坦超连续谱。     

啁啾高斯脉冲通过增益色散介质的传输特性

采用复数波数定义和衍射积分方法,研究了啁啾高斯脉冲在增益色散介质中的传输特性,给出了介质增益谱为洛仑兹分布时的频谱分布以及时空分布的传输解析公式,详细分析了传输过程中光场的频谱和时空分布、脉宽和频谱变化以及谱移等特性。结果表明,啁啾高斯光束在介质中传输时其时间波形仍保持高斯分布不变,但在传输过程中其脉宽会发生变化。在传输过程中,啁啾参量会影响谱宽的减小程度以及谱移的幅度。啁啾参量越大,脉宽展宽和谱宽压窄的效果越明显,同时,随着传输距离的增大,光谱谱移也越明显。对于给定的啁啾参量,随着传输距离的增大,谱移将最终趋于一恒定值。     

新型全光纤高能量飞秒光脉冲源的数值模拟

数值模拟了自相似脉冲的产生与压缩,得到一种产生高能量飞秒光脉冲的新方法.结果表明:利用掺铒光纤对光脉冲进行自相似传输,可得到含线性频率啁啾的高能量自相似光脉冲;自相似光脉冲经过空芯光子带隙光纤的一级线性压缩和高非线性光纤的二级非线性压缩,可获得高峰值功率的飞秒光脉冲;压缩过程中存在最佳光纤长度;喇曼自频移和自陡效应对脉冲压缩产生不利影响.     

Compression of single-cycle mid-infrared pulses by Raman-active molecular modulators

We show theoretically how high-order stimulated Raman scattering in the impulsive pump-probe regime can be used for generation of single mid-infrared (MIR) single-cycle pulses. The propagation of MIR probe pulses in a hollow waveguide filled with a Raman-excited gaseous medium, with a probe delay in the maximum of the molecular oscillations, results in spectral broadening covering almost 2 octaves. The spectral phases of this broadening can be compensated for by use of an output glass window with anomalous dispersion in the MIR. The spectral and temporal characteristics of the output pulses and the mechanism of pulse compression are studied by use of numerical and analytical solutions, and compression of a 70-fs input pulse at 4 microm to a single-cycle 6.5-fs output pulse is shown.     

基于光子晶体光纤光脉冲压缩的理论研究

从理论上研究了单根光子晶体光纤的光脉冲压缩,利用较短的具有高非线性系数的光子晶体光纤可以实现较高质量的光脉冲压缩。针对单根光子晶体光纤压缩光脉冲的限制,提出了一种基于光子晶体光纤非线性环路镜中交叉相位调制效应的脉冲压缩方法。理论研究表明,这种脉冲压缩方式可以压缩自身功率较低的信号脉冲,相比于单根光子晶体光纤的方法,可以得到更高压缩质量的脉冲,通过合理选择控制光脉冲的参数,可以有效地抑制基座。     

低信噪比线性调频信号目标的方位估计

线性调频(LFM)信号目标的方位估计是水声探测研究的重要内容,在进行方位估计时,若存在强干扰信号源与强背景噪声,阵元接收信号的信噪比会显著降低,严重影响LFM信号目标方位估计结果的准确性.针对该问题,提出了一种简明分数阶滤波方法,并将其与常规波束形成方法(CBF)相结合来实现低信噪比条件下LFM信号目标的方位估计.简明分数阶傅里叶变换能在正交角度上将LFM信号的能量聚集在特定频点处并形成明显的能量峰,利用该特性,可对阵列各阵元接收的低信噪比LFM信号在简明分数阶域聚集的能量峰进行最佳滤波,以滤除干扰信息及背景噪声.对滤波输出进行逆简明分数阶傅里叶变换可得到增强信干比和信噪比的阵元域信号,进一步用于目标方位估计,就能获得更加准确的目标方位。数值仿真结果和海试实验数据处理结果验证表明,本文所提出的方法可有效抑制干扰和背景噪声,并对低信噪比LFM信号进行准确、稳健的方位估计。      

Research on the nonlinear pulse propagation by numerical analysis

Based on the computation approaches of numerical analysis in electromagnetic, the nonlinear pulse propagation in optical fiber is investigated in this paper. The transforming rule of the shape and spectrum of Gauss pulse are also researched in chirped and non-chirped scenarios from the nonlinear Schrödinger equation (NLSE). Analyzing the transient wave behavior in time domain and frequency domain respectively, the compression effect of chirp is also presented at different propagation distance. Then by the nonlinear Schrödinger equation, we discuss a specific solution in the quasi soliton without distortion, which has the stable propagation properly, and do the numerical simulation in soliton wave. Finally, by selecting proper fiber structure parameters and adjusting the width in soliton pulse, the soliton communication system can be optimized.     

宽带KrF激光泵浦SBS的研究

 理论和实验研究了宽带（15GHz）KrF激光泵浦的受激布里渊散射（SBS）在SF₆介质中的转换效率和脉宽压缩比的规律。介质在1.6MPa、透镜焦距为15cm和30cm时，测得SBS最大反射率分别为40%和45%，当泵浦能量大于60mJ时SBS反射率开始趋于平坦；介质在0.85MPa、透镜焦距在30cm时，SBS脉宽压缩比随泵浦能量的上升而下降，最大压缩比为5。建立了宽带多模KrF激光泵浦的SBS理论模型，假设宽带KrF激光光谱谱线由若干窄带谱线组成，这些窄带谱线之间在产生SBS过程中有一定程度的耦合。给出了理论模型结果，并与实验结果进行了比较。     

色散缓变光纤中飞秒高阶孤子脉冲的增强压缩

提出了一种利用孤子绝热放大效应与高阶孤子脉冲压缩效应相结合来压缩飞秒高阶孤子的新方法.通过数值模拟方法证明,采用三阶色散为负的色散缓变光纤压缩高阶孤子,可利用喇曼散射效应与负三阶色散的相互作用,消除正三阶色散对光脉冲压缩产生的不利影响,增加压缩比,提高压缩后光脉冲的质量.研究表明,在色散缓变参量一定的情况下,孤子阶数越高,所需最佳光纤长度越短、光脉冲的压缩比越大;对于相同功率的孤子光脉冲,光脉冲的压缩比随着色散缓变参量的增大而增大;无论是孤子脉冲还是高斯脉冲都适合于色散缓变光纤中的高阶孤子脉冲压缩.     

Compression of powerful microwave frequency-modulated e-polarized pulses by autocollimative gratings

Electromagnetic pulse compressors using gratings in autocollimation regime for the central frequency of a pulse for p- polarization having greater electrical reliability are theoretically investigated. The theory is built on the basis of the numerical decision of electromagnetic field equations by a method of the integral equation. A case of aberrationless approximation of bell-like pulse compression with quadratically modulated phase is analytically considered. The numerical experiment shows the presence of strong distortions of a pulse at compression, caused by cubic and senior members in decomposition of phase frequent dependence, got by a wave in the compressor. Conditions of optimum pulse compression with the account of aberrations are investigated.     

基于互逆光纤色散的微波光子雷达系统设计和实现

提出一种基于互逆光纤色散的微波光子雷达系统设计方案,既可以产生宽带线性调频信号,又可以实现线性调频信号的光域脉冲压缩.在发射端利用互逆色散光纤产生线性调频信号.在接收端,雷达回波信号通过马赫-曾德调制器调制到预啁啾的光信号上,然后经过色散光纤的进一步色散.最终在探测器端可以得到目标回波信号脉冲压缩后的结果.该方案无需脉冲压缩过程中数字化和离线处理,且具有脉冲压缩比的调谐作用.理论、数值仿真和实验证明了该设计方案能有效进行线性调频信号的光域脉冲压缩.实验产生了C波段下时宽1.2ns,带宽3.2GHz的线性调频信号,并通过互逆色散光纤将该信号压缩到了0.09ns,脉冲压缩比达13.3.