光纤混沌相位编码保密通信系统理论研究

通过耦合激光混沌相位控制同步系统和光纤信道，提出外部光注入半导体激光器激光混沌相 位控制光纤同步以及混沌相位相移键控外调制光纤保密通信系统理论模型，数值实现了在相 位控制器控制下的远程光纤混沌同步.理论分析了光纤自相位调制对混沌信号以及对同步的 影响，导出了光纤混沌最大传输距离公式.通过连续键控调制相位控制器实现了光纤激光混 沌相位相移键控编码调制发射，设置接收系统相位控制器控制激光相位相移实现了光纤激光 混沌同步解调.数值模拟了具有比特率50Mbit/s远程光纤混沌数字编码通信系统的应用，详 细地进行了在远距离光纤传输中的系统参数失配以及系统抗噪声能力的数值分析. 关键词： 混沌 同步 光纤混沌通信 半导体激光器 相位     

利用交叉相位调制和四波混频制作的时间透镜的仿真分析

利用高非线性光纤中的交叉相位调制和四波混频分别在仿真中实现了时间透镜. 对基于交叉相位调制的时间透镜中的高非线性光纤中的非线性过程进行了仿真分析. 仿真结果表明, 该时间透镜的主要影响因素为色散、自相位调制与四波混频; 通过采用带有一定色散斜率的高非线性光纤可同时消除色散、自相位调制和四波混频的影响; 另外, 该高非线性光纤的色散零点最好选在信号脉冲和抽运脉冲波长的中心附近. 然后对基于四波混频的时间透镜的实现进行了仿真分析. 仿真结果表明, 该时间透镜的主要影响因素为色散、 自相位调制和其他的四波混频; 通过设定合适大小的信号脉冲和抽运脉冲的功率可消除自相位调制和其他的四波混频的影响; 另外, 通过在高非线性光纤中引入一定的色散可进一步提高信号脉冲和抽运脉冲的功率, 从而获得更高功率的输出脉冲. 最后对两种时间透镜系统做出了比较. 关键词： 光脉冲压缩 时间透镜 交叉相位调制 四波混频     

光子晶体光纤中自相位调制效应对超高斯脉冲传输的影响

为了研究光子晶体光纤的微结构对其非线性光传输特性的影响,利用超格子法和光子晶体光纤中的光传输方程,计算了光子晶体光纤中的高斯光脉冲和超高斯脉冲的自相位调制谱.计算结果表明：高斯光脉冲和超高斯光脉冲的高频端比低频端均有较大的频谱展宽,而高斯光脉冲的频谱比超高斯光脉冲的频谱具有更大的中心峰值；超高斯光脉冲较高斯光脉冲有较广的频谱范围,它们的自相位调制展宽范围均随着传输距离的增加而增大.这些现象均可以利用自陡峭效应的理论加以解释.与传统光纤相比,高斯光脉冲在传统光纤中所受自相位调制效应的影响较小.     

光纤混沌双芯双向保密通信系统研究

把量子阱激光混沌耦合反馈同步系统应用于光纤保密通信中,提出光纤混沌双芯双向保密通信设想.通过耦合外部光注入多量子阱激光混沌全光耦合反馈同步系统和光纤传输信道,建立了光纤混沌双芯双向通信系统物理模型.理论和数值证明了激光混沌同步,理论分析指出光纤中的自相位调制是限制激光混沌在光纤传输中同步的主要原因,并推导出混沌信号双芯双向传输中的非线性相移以及混沌激光功率限制和传输距离公式.数值实现了该系统在长距离二根光纤传输中的同步,详细地分析了系统同步时间随光纤传输长度的关系.模拟了调制频率06 GHz的混沌模拟通 关键词： 混沌 同步 光纤 保密通信     

基于频域相位共轭技术的交叉相位调制所致失真的复原

理论分析和讨论了基于频域相位共轭技术的交叉相位调制所致信号失真的复原和补偿机理，数值模拟了在交叉相位调制作用下，高斯脉冲在中距相位共轭光纤系统中的传输演化过程.结果表明，频域相位共轭技术能够抑制交叉相位调制对光纤系统中传输信号的损害，复原其所导致的信号失真，并能够同步补偿群速度色散和自相位调制非线性效应所导致的信号失真.合适的初始脉冲时延和初始脉冲啁啾有利于频域相位共轭技术对交叉相位调制所致信号失真的抑制. 关键词： 频域相位共轭 交叉相位调制 色散 自相位调制     

交叉相位调制提高半导体激光器混沌载波发射机带宽方法

提出半导体激光器混沌交叉相位调制(XPM)光反馈提高混沌载波发射机带宽方法,建立了有外腔光纤传输反馈XPM控制下的激光动力学物理模型.理论导出XPM作用下激光双反馈频率失谐公式,指出XPM产生的非线性相移影响了激光器增益和线宽增强因子,其光纤二阶非线性效应使激光振幅和相位变化更加丰富,而非线性相移的出现进一步增加了新的频率分量并使频谱展宽.数值结果表明,XPM使激光器混沌带宽增加到4倍以上,使激光混沌张弛振荡频率增加到2.85倍,其光纤长度、入纤光功率、面镜反射系数、光纤二阶非线性系数等都能影响激光混沌带宽.     

基于自相位调制和交叉相位调制的全光开关特性研究

提出一种优化含有掺铒光纤放大器的非线性Sagnac干涉仪全光开关的新方法,建立了基于自相位调制和交叉相位调制两种解析模型,讨论了掺铒光纤放大器的小信号增益和饱和输出功率对开关性能的影响.分析表明掺铒光纤放大器的性能参量对开关所需要的Sagnac环中光子晶体光纤长度产生限制.当采用相同长度的光子晶体光纤时,基于交叉相位调制方式的全光开关与基于自相位调制方式的全光开关相比能够显著降低开关功率.采用分布傅里叶法数值求解非线性薛定谔方程,优化了开关结构,讨论了重复频率为40 GHz脉宽为5 ps的高斯型信号脉冲在开关时沿Sagnac环的传输特性.模拟结果表明,通过合理选择高非线性光子晶体光纤长度和掺铒光纤放大器的性能参量能够实现超低开关功率（＜1 mW）的开关操作.     

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的理论模型和数值分析

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器在非线性频率变换、遥感探测和量子信息等领域有广泛的应用前景.综合考虑受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)、受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)、自相位调制(self-phase modulation)和交叉相位调制(cross-phase modulation)等非线性效应,建立了窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的非线性动力学模型.仿真分析了放大器中脉冲激光的时频演化特性,对比研究了抽运脉冲宽度、光纤长度和信号光功率等因素对放大器性能的影响.研究发现,上述因素会影响放大器的SRS阈值、SBS阈值、输出激光线宽、激光转换效率等.例如,当脉冲宽度为800 ns时,SBS随着抽运功率的增加而发生,限制了激光功率的提升;减短抽运脉宽可以抑制SBS,但是输出激光的线宽易于展宽到数百MHz以上;增加光纤长度可以获得更低的SRS阈值和更高的转换效率,但是SBS效应和光谱展宽程度也随之增强.系统搭建中需要平衡各非线性效应,选择合适的系统参数.研究内容可以为窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的设计搭建提供参考.     

高斯变迹布拉格光纤光栅中的调制不稳定性

利用激光脉冲在光纤光栅中传播时所遵守的相干耦合非线性薛定谔方程,研究了激光脉冲在高斯变迹布拉格光纤光栅中传输时，在反常色散区和正常色散区所产生的调制不稳定性.结果表明在反常色散区和正常色散区都能产生调制不稳定性；在反常色散区，当输入功率达到一定数值时，产生明显的有规律的增益谱；在正常色散区，在产生调制不稳定性功率区域，调制不稳定性存在并从给定值一直持续到无穷；并且，在反常色散区和在正常色散区，增益谱都受到高斯变迹函数的制约. 关键词： 高斯变迹 布拉格光栅 调制不稳定性 增益     

拉曼增强型自相位调制再生技术

自相位调制可用于信号脉冲的整形,可实现归零码(RZ)信号的再生。以高非线性光纤(HNLF)为介质,在高非线性光纤中实现了拉曼集总放大和信号脉冲的自相位调制。从理论上分析了同向拉曼泵浦增强信号的自相位调制,大大降低了所需的信号光强度。论证了在色散长度(LD)远大于HNLF长度(L)时由自相位调制(SPM)导致的频谱展宽,它与脉冲的啁啾无关,频谱的功率密度与脉冲的强度无关。因此在高非线性光纤之后加入偏移载波频率的带通滤波器可实现归零码信号的再生。集中拉曼放大可增强再生性能。     

Energy Squeeze of Ultrashort Light Pulse by Kerr Nonlinear Photonic Crystals

Self-phase modulation can efficiently shape the spectrum of an optical pulse propagating along an optical material with Kerr nonlinearity. In this work we show that a one-dimensional Kerr nonlinear photonic crystal can impose anomalous spectrum modulation to a high-power ultrashort light pulse. The spectrum component at the photonic band gap edge can be one order of magnitude enhanced in addition to the ordinary spectrum broadening due to self-phase modulation. The enhancement is strictly pinned at the band gap edge by changing the sample length, the intensity or central wavelength of the incident pulse. The phenomenon is attributed to band gap induced enhancement of light-matter interaction.     

具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲

从麦克斯韦方程组出发 ,推导出了具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲在非线性光纤中传输的方程和非线性光纤的折射率。给出了描述具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲在非线性光纤中传输方程的解。研究了在非线性光纤中自相位调制导致具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲频谱展宽 (脉宽压缩 )的详细物理过程。研究了非线性光纤中飞秒光孤子产生的条件     

Dark solitons in optical fiber with inhomogeneous effects

We study the nonlinear wave propagation in an inhomogeneous optical fiber core in the normal dispersive regime. In order to include the inhomogeneous physical effects, the nonlinear Schrödinger equation (NLSE), which governs the solitary pulse propagation in optical fiber, is modified by adding terms for phase modulation and power gain or loss. The modified NLSEs are bilinearized and exact dark soliton solutions are obtained. The results are discussed.     

光子晶体光纤非线性光谱特性的理论与实验研究

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性,可以产生奇异的色散特性及高非线性,为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。受多种非线性光学效应的共同作用,在不同泵浦光脉冲参数条件下,不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、泵浦光波长λ、光脉冲形状、光脉冲宽度T_FWHM)、光纤结构参数(孔间距Λ、空气填充比d/Λ、光纤长度z)、传输特性(色散、非线性系数)的关系,分析拉曼孤子、色散波、自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究,获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、0.82 μm波段的剩余泵浦光、1.1 μm波段的孤子波、2 μm附近的红移宽带色散波。理论分析与实验测量结果一致,阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理,实现了对宽带光谱的可控输出,为高非线性光子晶体光纤的结构设计、制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。     

Short chirp pulses in graded-index light guides

We consider the nonlinear process of propagation of a short chirp optical pulse in a light guide in which the refractive index of a fiber material strongly depends on the radial coordinate and weakly depends on the longitudinal coordinates. The chirped and strongly chirped pulses are distinguished by the relationship between the modulation depth and the spectrum width. The chirp-pulse propagation is simulated by a nonlinear wave equation solved asymptotically with respect to the small parameter prescribing the order of magnitude of the pulse amplitude. It is shown that the pulse propagation is three-scale. The phase of high-frequency filling and the field distribution in the fiber cross section are obtained as the eigenvalue and eigenfunction of a singular Sturm-Liouville problem, respectively. On the additional assumption of longitudinal inhomogeneity of the fiber, the general equation for the pulse envelope is reduced to the second Painlevé equation. It is shown that the linear modulation of the carrier frequency is not an independent characteristic of the propagation process, but varies in certain accordance with parameters of the transverse and longitudinal inhomogeneities of the fiber. __________ Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Radiofizika, Vol. 49, No. 1, pp. 64–71, January 2006.     

The Micro-Theory of Ultra-Short Pulse Propagating in Nonlinear Fiber

The modified quantum nonlinear Schrodinger equation of ultra-short pulse propagating in fiber is derived using dispersion relation and the Hamiltonian of the transmission system. The derived equation is solved with linearization approximation, and modulation instability is analyzed. The equation is also solved with Hartree approximation. The results indicate that pulse power, loss and self-steeping effect change the critical frequency, the maximum gain and the gain spectrum range, but the third order dispersion has no effect on modulation instability. The expectation value of optical field is average of a set of modified classical solitons, and higher order terms change the amplitude, pulse position and phase of soliton.     

超短光脉冲在光纤中传输计算机模拟计算的研究

本文提出了一种研究超短光脉冲在介质中传输特性的简单的计算机计算方法.用该方法得到了正色散光纤中的频率调制、频谱加宽和方波自成形,以及负色散光纤中的一、二、三阶孤子传输.其数值计算结果与解非线性薛定谔方程的数值结果完全一致.     

Pulse Propagation with Self-Phase Modulation in Nonlinear Chiral Fiber and Its Applications

From Maxwell's equations and Post's formalism,a generalized chiral nonlinear Schrodinger equation(CNLSE) is obtained for the nonlinear chiral fiber.This equation governs light transmission through a dispersive nonlinear chiral fiber with joint action of chirality in linear and nonlinear ways.The generalized CNLSE shows a modulation of chirality to the effect of attenuation and nonlinearity compared with the case for a conventional fiber.Simulations based on the split-step beam propagation method reveal the role of nonlinearity with cooperation to chirality playing in the pulse evolution.By adjusting its strength the role of chirality in forming solitons is demonstrated for a given circularly polarized component.The application of nonlinear optical rotation is also discussed in an all-optical switch.     

Useful and detrimental aspects of self-phase modulation in fiber optical applications

This paper reviews the features of self-phase modulation (SPM) in single-mode optical fibers and discusses the useful and detrimental aspects of this fiber nonlinearity with respect to fiber optical transmission and device applications. After a short introduction to the physical origin of self-phase modulation in fibers the following topics will be addressed: transmission system limitations due to SPM, soliton propagation, optical pulse compression, modulational instability.