软玻璃微结构光纤中的中红外超连续谱产生研究

论文摘要

近年来，随着微结构光纤的出现，超连续谱，尤其是中红外超连续谱在医学、国防安全等领域的广阔应用前景引起了很多的关注。软玻璃微结构光纤相对于硅光纤，有着熔点低、非线性效应强、可塑性强、在红外波段损耗小等优点，很适于制造中红外超连续谱光源。本文的主要工作和成果有：第一，简要介绍了软玻璃微结构光纤，着重描述最常见和简便的制造方法——挤压法。其模具结构可灵活改变，易于制造具有特定色散特性的光纤。然后详细介绍了光脉冲在光纤中传输的理论模型——非线性薛定谔方程。第二，利用一根具有两个零色散点的微结构硫化物As2S3光纤，以非线性薛定谔方程为理论模型，采用分步傅里叶计算方法，研究了超连续谱产生的机制，输入脉冲的中心频率和脉宽，以及第二个零色散点对超连续谱产生的影响。通过数值仿真发现，在传输的初始阶段，频谱展宽主要是由自相位调制作用引起的，同时，拉曼效应也有一定的作用。输入不同频率和脉宽的高斯脉冲，观察并比较模拟结果发现，输入脉冲的中心波长和脉宽对超连续谱的产生有重大作用，当其接近零色散点时更有利于中红外超连续谱的产生。另外，在保持输入脉冲峰值功率不变的情况下，脉宽对频谱展宽程度没有影响，但是较短脉冲产生的中红外超连续谱更为平坦。第三，研究并发现第二个零色散点的位置对超连续谱的产生也有很大的影响。处于两个零色散点之间的反常色散区的孤子，在拉曼效应的作用下，逐渐接近第二个零色散点，并放大红移方向与孤子满足相位匹配条件的色散波。但是孤子并不能无限接近第二个零色散点，这是由于拉曼效应与孤子能量转移至色散波形成的损耗到达平衡，孤子自频移现象自然消失，频谱展宽不再明显。也就是说，第二个零色散的位置跟中红外超连续谱的频谱范围有关。因此，在实际应用中，可以根据所需要的频谱结构来设计光纤。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 软玻璃微结构光纤简介
• 1.2.1 软玻璃微结构光纤的分类及制造方法
• 1.2.2 挤压法
• 1.2.3 软玻璃微结构光纤的应用
• 1.3 光纤中超连续谱的产生及其研究进展
• 1.3.1 与超连续谱产生相关的光学效应
• 1.3.2 超连续谱的应用
• 1.3.3 超连续谱的研究现状
• 1.4 本文框架
• 第2章 微结构光纤中光脉冲的理论模型及数值模拟
• 2.1 非线性薛定谔方程
• 2.1.1 麦克斯韦方程
• 2.1.2 基本传输方程
• 2.1.3 广义非线性薛定谔方程
• 2.2 数值模拟计算方法
• 2.3 小结
• 第3章 脉冲参数对中红外超连续谱产生的影响
• 3.1 引言
• 3.2 理论模型
• 3.3 数值模拟及分析
• 3.3.1 输入波长的影响
• 3.3.2 脉冲宽度对中红外超连续谱产生的影响
• 3.4 结论
• 第4章 第二个零色散点对超连续谱产生的作用
• 4.1 引言
• 4.2 光纤的色散特性
• 4.3 第二个零色散点的作用
• 4.3.1 色散波的产生
• 4.3.2 超连续谱产生的比较
• 4.4 结论
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表论文目录