正常色散光纤放大器中超短脉冲的自相似演化条件

在正常色散条件下,超短光脉冲在光纤放大器中可以演化成具有线性啁啾的自相似抛物脉冲,其演化结果可影响脉冲的压缩质量.采用分步傅里叶方法数值研究了正常色散光纤放大器中,初始输入脉冲宽度、能量、光纤增益和色散系数对超短脉冲自相似演化结果的影响.发现色散长度是脉冲能否实现自相似演化的关键因素.当色散长度与光纤长度相近(几倍)时,脉冲可以实现自相似演化;两者相差越大,脉冲的自相似演化程度越差.增加初始脉冲能量可以加速脉冲的自相似演化,缩短自相似演化的距离.放大器总增益一定时,增益系数越大,脉冲受非线性扭曲的影响越大,使脉冲的自相似演化结果越差;增益系数为0.95 m-1时放大器可获得的总增益比3.8 m-1时大3.3 dB.     

色散渐减光纤中产生优质自相似脉冲的研究

从非线性薛定萼谔(NLS)方程出发,介绍了色散渐减光纤中抛物线脉冲的自相似传输原理以及输出的自相似脉冲的特性.研究不同的g0(色散增益系数)、不同时域包络的初始输入脉冲、不同的初始脉宽对自相似脉冲产生的影响,利用数值模拟结果对色散渐减光纤中影响自相似脉冲形成的参量进行分析,为在色散渐减光纤中产生高质量自相似脉冲的优化设计提供理论依据,发现输入具有较大g0和T0的双曲正割脉冲可以在较短的光纤长度上就获得高功率、强线性啁啾和宽频谱的抛物线型自相似脉冲,同时对自相似脉冲进行补偿时,所需的补偿光纤长度明显缩小,且可得到80fs量级的高质量压缩脉冲.     

增益分布对皮秒脉冲自相似放大的影响

采用数值模拟的方法,研究了增益分布对皮秒脉冲自相似放大的影响。构建了掺镱光纤内超短激光脉冲自相似放大的理论模型,以不同的泵浦方式、光纤长度和总增益系数实现不同的增益分布,探究了不同增益分布对增益光纤中皮秒脉冲的自相似放大过程和结果的影响。结果表明,皮秒脉冲在不同的增益分布下存在最佳的自相似放大结果,可以得到近变换极限的百飞秒高质量脉冲输出。发现同一信号光脉冲在增益光纤中演化至自相似放大过程时,正向泵浦方式下的演化速度比反向泵浦快。对于不同的增益光纤长度和总增益系数,正向泵浦方式下的信号光自相似区域主要集中在低入射脉冲能量和长波长区域,反向泵浦方式下的信号光自相似区域主要集中在高入射脉冲能量和短波长区域。     

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。     

色散平坦渐减光纤中自相似脉冲演化特性研究

从脉冲在光纤中传输所满足的非线性薛定谔方程出发,采用分布傅里叶方法对脉冲在色散平坦渐减光纤中自相似脉冲演化特性进行了研究。结果表明：双曲正割脉冲在不同初始能量和初始脉冲宽度的情况下,色散平坦渐减光纤可以产生带有线性啁啾的自相似脉冲。进一步研究表明,随着初始啁啾增加,脉冲逐渐展宽且展宽速度逐渐加快,而演化特性的劣化程度随啁啾参量的增加而增大;当初始啁啾为正时自相似脉冲演化特性劣于负啁啾时的特性。     

基于非线性渐增原理获得抛物线型自相似脉冲的研究

采用理论推导和数值模拟相结合的方法研究了脉冲在指数渐增的非线性渐增光纤(NIF)中的自相似演化。结果表明,与双曲渐减的正色散渐减光纤(ND-DDF)类似,利用指数渐增的NIF也可获得具有严格线性啁啾的抛物线型自相似脉冲。同时深入研究了ND-DDF和NIF两种增益等效方式对自相似演化特性的影响,结果表明:1)等效增益决定了脉冲自相似演化的结果,等效方式决定了脉冲自相似演化进程快慢;2)在具有相等的等效增益条件下,脉冲在指数渐增NIF和双曲渐减ND-DDF中演化为相同的自相似脉冲,但是前者对脉冲的自相似演化更高效,即前者实现自相似演化所需光纤长度更短;3)两种增益等效方式所需光纤长度的关系是使得各自具有相同的光纤有效放大因子。     

高能量、无波分裂的超短脉冲光源的研究进展

近来提出的在有正群速度色散的增益光纤中可以实现脉冲的自相似演化及传输的现象,给飞秒脉冲光纤放大器及激光器开辟了广阔的应用前景.应用脉冲自相似演化技术在光纤放大器及激光器中获得的脉冲能量比目前的水平高一、二个量级,且脉中不会在高能量状态下分裂,脉冲经过去啁啾后可以得到飞秒超短脉冲,可以实现兆瓦量级的峰值功率.本文主要介绍了运用此技术的光纤放大器和激光器的实验研究及发展现状.     

基于啁啾补偿技术的自相似脉冲压缩光纤设计

为了获得高功率优质的超短脉冲光源,利用色散渐增光纤产生的强线性啁啾对自相似脉冲进行了啁啾补偿光纤设计。首先利用色散补偿光纤得到了半峰全宽为52.6fs、峰值功率为684.5W的超短脉冲输出。在此基础上研究了色散渐增的补偿光纤设计,讨论了色散线性渐增光纤和色散指数渐增光纤对自相似脉冲的压缩影响。当色散渐增系数取1km-1,5km-1,10km-1时,通过数值仿真得出了最短的输出脉宽、峰值功率以及所需的补偿光纤长度。结果表明,色散渐增光纤能缩短补偿光纤的长度,减小脉冲压缩时产生的损耗,得到半峰全宽为61.8fs和64.4fs的高功率超短脉冲输出。这一结果对自相似脉冲压缩光纤的设计是有帮助的。     

具有高阶色散双抽运级联光纤参量放大器的增益

利用一组耦合方程,在理论上推导出了双抽运、三段光纤级联结构的参量放大器的增益表达式。研究表明在双抽运情况下,光纤参量放大器(FOPA)的增益随光纤长度、抽运光功率的增加而变大;同时,增益的大小和平坦性能也受到光纤色散特性的影响,从反常色散区到正常色散区,增益带宽逐渐变小,增益不平坦性有一定的改善;在二阶色散系数不变的情况下,光纤参量放大器增益带宽随四阶色散数的增加而减小。采用多段光纤级联结构,可以均衡光纤参量放大器增益的不平坦性。     

光纤放大器中有限增益带宽对自相似脉冲放大演化的数值研究

通过求解包含超高斯增益系数滤波项的分布增益非线性薛定谔方程,模拟研究了短脉冲在有限增益带宽指数增益光纤放大器中的自相似演化行为及其差异。结果表明脉冲在不同指数增益分布放大器中传输时都会受到增益带宽的限制。相同输入脉冲在相同长度、相同总增益的指数上升、下降和双向分布放大器中放大时,在双向分布放大器中输出能量最高,输出脉冲线性啁啾特性最好,指数下降放大器输出能量最低,输出脉冲线性啁啾特性最差,指数上升放大器居两者之间。另外,总增益相同时,无论是指数上升、下降和双向分布放大器,初始增益系数较小,输出脉冲能量较高,脉冲线性啁啾特性较好。     

一种新型的高功率双波长自相似抛物线脉冲激光器

基于正色散单模光纤、掺Yb3+增益光纤和多模光纤光栅,提出了一种可调高功率双波长自相似抛物线脉冲激光器。采用非线性薛定谔方程描述双波长自相似抛物线脉冲的传输和演化过程,并利用分步傅里叶方法进行数值模拟。输入脉冲在正色散单模光纤与掺镱增益光纤中产生自相似抛物线脉冲,多模光纤布拉格光栅对激光器进行双波长选择,通过调节偏振控制器实现双波长稳定运行。数值模拟分析结果表明该激光器的运行是可行且有效的。     

梳状色散光纤中自相似脉冲传输的数值研究

从脉冲在光纤中传输所满足的非线性薛定谔方程出发,以双曲渐减的正常色散渐减光纤(ND-DDF)获得线性啁啾自相似脉冲为基础,采用窗口为1550nm的色散光纤构成梳状色散光纤(CDPF),并给出了相应的理论模型,利用该模型,通过数值模拟的方法研究和分析了脉冲在接近于色散渐减光纤的色散变化趋势的梳状色散光纤中演化成自相似脉冲以及其自相似指数变化.结果表明,中心波长为1550nm的双曲正割脉冲在不同初始能量和不同初始脉冲宽度的情况下,梳状色散光纤可以产生抛物线型自相似脉冲且具有很好的线性啁啾特性.     

脉冲在非线性渐增光纤中自相似演化的研究

为了研究超短脉冲在非线性渐增光纤中自相似演化的特性,采用理论分析与数值模拟的方法,对脉冲在非线性渐增光纤中的传输演变进行了数值仿真。结果表明,脉冲在非线性渐增光纤中的传输与在具有放大增益的光纤或色散渐增光纤中一致,均能实现脉冲的自相似演化,最终演化为具有良好线性啁啾特性抛物形脉冲,仿真结果验证了脉冲在非线性渐增光纤中的传输方程具有渐进解。由于输出抛物脉冲具有良好的线性啁啾,此研究结果对实现高质量的脉冲压缩是有帮助的。     

振幅调制连续光产生高功率超短脉冲串的研究

高功率超短脉冲串需求广泛,但是有限的平均功率和能量的低利用率限制了超短脉冲串的应用。基于不同于锁模机制的非线性孤子效应,利用振幅调制连续光抽运,数值模拟了光纤中高功率超短脉冲串的稳定产生。分别研究各输入参数如抽运功率、调制深度、调制频率以及光纤参数包括非线性系数、群速度色散系数等对高功率超短脉冲串输出特性的影响规律。为了综合考量各参数对抽运效率的影响,以利于光纤参数和调制参数的选择,引入了归一化调制频率。研究结果表明:选择具有小非线性及较大群速度色散的光纤,适当增加调制频率和调制深度,都可以在保证高平均功率输出的同时获得相对高的抽运效率,而较小抽运功率则有利于能量提取。