空芯光子带隙光纤脉冲压缩研究

论文摘要

高能量的超短光脉冲在光测量、光通信、分子结构测量、光谱分析、超快过程研究等领域有十分广泛的应用。利用调Q和锁模技术可产生超短光脉冲,但所得光脉冲宽度一般在几百飞秒以上,为得到更窄的光脉冲,光脉冲压缩技术成为一个很重要的研究课题。由于常规光纤中不可避免的非线性效应,脉宽较窄、能量较高的光脉冲在压缩过程中往往会发生分裂。具有低非线性且色散可控的空芯光子带隙光纤的出现,为获得高能量的超短光脉冲提供了条件。本论文利用理论推导和数值模拟的方法,对利用空芯光子带隙光纤压缩高能量光脉冲进行了详细研究,主要内容如下：1.推导了飞秒光脉冲在光纤中传输时所满足的脉冲传输方程——广义非线性薛定谔方程。介绍了本论文所采用的数值模拟方法——分步傅里叶变换方法。2.利用数值模拟方法,研究了利用自相似脉冲的产生与压缩获得高能量飞秒光脉冲源的新技术。研究发现,利用掺铒光纤可获得抛物线型脉冲,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,即可获得高峰值功率的飞秒光脉冲。研究同时发现,在其它参量不变的情况下,通过选择光纤长度,可获得最佳的压缩光脉冲;拉曼自频移和自陡效应对光脉冲的压缩将产生不利影响。3.数值研究了无啁啾的飞秒孤子光脉冲在空芯光子带隙光纤中的压缩效应。研究发现,受激内拉曼散射效应能够提高压缩光脉冲的质量,正三阶色散限制了光脉冲的压缩,但内拉曼散射与负三阶色散的相互作用可以提高孤子光脉冲的压缩质量；研究同时发现,输入脉冲的峰值功率和脉宽对脉冲压缩同样会产生影响。4.研究了自相似光脉冲在空芯光子带隙光纤中的压缩效应,提出了利用自相似脉冲和空芯光子带隙光纤的压缩技术产生高能量超短光脉冲的新方法。对输入脉冲的峰值功率、脉宽、啁啾参量以及空芯光子带隙光纤三阶色散对脉冲压缩的影响做了详细研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪纶
• 1.1 引言
• 1.2 光脉冲压缩分类
• 1.2.1 光栅对压缩
• 1.2.2 啁啾光纤光栅压缩
• 1.2.3 孤子效应压缩
• 1.3 微结构光纤
• 1.3.1 微结构光纤的种类
• 1.3.2 微结构光纤的制作
• 1.3.3 微结构光纤特性
• 1.3.4 空芯光子带隙光纤
• 1.4 利用空芯光子带隙光纤压缩光脉冲的研究进展
• 1.5 论文主要研究内容
• 2 光纤中光脉冲的传输理论
• 2.1 麦克斯韦方程组
• 2.2 光脉冲传输方程
• 2.3 高阶非线性效应
• 2.4 分步傅里叶变换方法
• 2.5 本章小结
• 3 自相似脉冲的产生及两级压缩
• 3.1 引言
• 3.2 理论推导
• 3.3 数值模拟结果及讨论
• 3.3.1 自相似脉冲的产生
• 3.3.2 自相似光脉冲的线性一级压缩
• 3.3.3 非线性二级压缩
• 3.4 拉曼自频移、自陡效应对光脉冲压缩的影响
• 3.5 本章小结
• 4 空芯光子带隙光纤中飞秒光脉冲的压缩
• 4.1 引言
• 4.2 论和数值模拟
• 4.2.1 忽略三阶色散和脉冲内拉曼散射时光脉冲压缩
• 4.2.2 脉冲内拉曼散射对光脉冲压缩的影响
• 4.2.3 脉冲内拉曼散射和三阶色散共同作用对光脉冲压缩的影响
• 4.3 脉宽和峰值功率对光脉冲压缩的影响
• 4.4 本章小结
• 5 自相似光脉冲在空芯光子带隙光纤中的压缩
• 5.1 引言
• 5.2 理论模型
• 5.3 数值模拟结果
• 5.3.1 峰值功率对自相似光脉冲压缩的影响
• 5.3.2 脉冲宽度对自相似光脉冲压缩的影响
• 5.3.3 初始啁啾对自相似光脉冲压缩的影响
• 5.3.4 三阶色散对自相似光脉冲压缩的影响
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间取得的科研成果