基于非线性效应的影响光脉冲在光子晶体光纤中传输特性的研究

论文摘要

光子晶体光纤是一种将光子晶体结构引入光纤中而制成的新型光纤。由于光子晶体光纤由单一材料构成,使得它具有许多优良的特性。其中光子晶体光纤具有的强非线性效应,是研究飞秒光脉冲在光子晶体光纤中传输不可忽略的特性。本文首先通过分析光子晶体的带隙特性,然后数值模拟了光子晶体光纤中自陡峭效应引起的高阶孤子分裂;最后分析了飞秒脉冲基于交叉相位调制作用产生压缩脉冲的变化情况。取得的主要研究成果如下:第一,我们应用有限元法模拟了光在光子晶体中的传输特性。有限元法编写程序简单,模拟后得到结果准确性高,为光子晶体的应用提供了有价值的研究手段。第二,为求解非线性薛定谔方程,采用对称分步傅立叶法利用Matlab编写程序,并通过步长选取,控制计算精度,保证计算的准确性。通过分析模拟结果得出以下结论:自陡峭使得高阶孤子分裂,孤子发生频移;同时初始正、负啁啾对高阶孤子传输有显著影响。这些研究结果为孤子在光子晶体光纤中传输现象的分析奠定了理论基础。第三,基于耦合非线性薛定谔方程,数值模拟了光子晶体光纤中高阶色散、高阶非线性效应对飞秒信号脉冲基于交叉相位调制作用产生超短脉冲的影响,为飞秒脉冲在光子晶体光纤中的压缩提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 光子晶体光纤简介
• 1.1 光子品体光纤导光机制
• 1.2 光子晶体光纤的特性
• 1.2.1 强非线性效应
• 1.2.2 无尽单模传输特性
• 1.2.3 有效面积可控特性
• 1.2.4 色散可控特性
• 1.2.5 高双折射特性
• 1.2.6 低损耗特性
• 1.3 光子晶体光纤的制备
• 1.4 光子晶体光纤的研究方法:
• 1.4.1 有限元法
• 1.4.2 分布傅立叶法
• 1.5 光子晶体光纤的应用
• 第二章 光子晶体光纤传输的基本理论
• 2.1 非线性薛定谔方程的推导
• 2.2 非线性薛定谔方程的归一化
• 2.3 求解非线性薛定谔方程的分步傅立叶方法
• 2.4 利用分步傅立叶法计算展宽因子
• 第三章 用有限元法分析一维光子晶体的光传输特性
• 3.1 有限元法理论的简单介绍
• 3.2 采用有限元法分析一维光子晶体的透射谱
• 3.2.1 采用有限元法计算带有和不带有缺陷的周期结构的一维光子晶体的透射谱
• 3.2.2 缺陷层的厚度对透射谱的影响
• 3.2.3 多掺杂对缺陷模数目的影响
• 3.2.4 周期数对缺陷层中存在消光系数时缺陷模的影响
• 3.3 结论
• 第四章 光子晶体光纤中非线性自陡峭对高阶孤子传输特性的影响
• 4.1 自陡峭效应对光孤子的影响
• 4.2 理论模型与数值解法
• 4.3 计算结果与分析
• 4.3.1 自陡峭对高阶孤子传输的影响
• 4.3.2 初始啁啾对存在自陡效应的高阶孤子传输的影响
• 4.4 结论
• 第五章 飞秒光脉冲基于交叉相位调制的压缩脉冲对的产生
• 5.1 拉曼散射效应下的耦合非线性薛定谔方程
• 5.2 数值模拟及结果
• 5.2.1 两脉冲单独在光纤中演化
• 5.2.2 基于交叉相位调制作用下飞秒信号脉冲的演化
• 5.2.3 拉曼系数对基于交叉相位调制作用下飞秒信号脉冲的影响
• 5.2.4 泵浦脉冲的孤子阶数对基于交叉相位调制作用下飞秒信号脉冲的影响
• 5.2.5 离散效应对基于交叉相位调制作用下飞秒信号脉冲的影响
• 5.3 结论
• 第六章 光子晶体光纤中高阶效应对飞秒脉冲基于交叉相位调制产生压缩脉冲对的影响
• 6.1 光子晶体光纤高阶效应下的耦合非线性薛定谔方程
• 6.2 数值模拟及结果
• 6.2.1 高阶色散对压缩脉冲对的影响
• 6.2.2 拉曼效应对存在高阶色散下的压缩脉冲对的影响
• 6.3 结论
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文