振幅调制连续光产生梳状频谱的时频特性研究

论文摘要

近年来,梳状频谱的广泛应用受到人们重视,由于某些频谱无法满足时域规整性、信噪比和稳定性等时频域特性要求,因此并非所有的频谱都能有效利用。短脉冲泵浦产生的频谱只有红移孤子对应的那部分能量能够有效利用。长脉冲泵浦容易受噪声影响,使得时频域稳定性降低。连续光泵浦产生的频谱功率密度高,但更易受噪声影响。连续光经过振幅调制同样也能够获得较高的频谱功率密度,并且可以克服以上三种泵浦条件下的缺点。本文对利用振幅调制连续光产生梳状频谱的时频域特性进行了理论研究,并取得了如下主要成果：第一,无噪声条件下,通过数值模拟研究了振幅调制连续光产生梳状频谱,以及光纤参数和调制参量对梳状频谱峰值功率、脉宽、泵浦效率的影响,得到以下结论：(1)利用振幅调制连续光泵浦可以得到短脉冲序列,其频谱分量主要由梳状频谱构成,且脉冲相位恒定,为不含啁啾的傅氏极限脉冲；基座的频谱功率谱密度很低。(2)验证了当改变光纤参数和调制参量,脉冲峰值功率变化趋势与脉宽变化趋势相反；引入了归一化调制频率——调制频率与调制不稳定性截止频率之比,作为判断泵浦效率的标准,泵浦效率随着归一化调制频率的增加而增大,并且最大效率可以达到85%。第二,噪声条件下,通过数值模拟研究了调制参量对梳状频谱时频域稳定性和输出信噪比的影响。研究发现：(1)连续光通过振幅调制可以将能量有效的转移到调制上,从而抑制噪声放大改善频谱稳定性和时域稳定性。(2)当输出信噪比下降至10dB时,时域结构已经非常紊乱,此时频谱无法得到有效利用,由此得到了满足输出信噪比要求的调制参量区域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 论文主要内容及框架
• 第2章 振幅调制连续光在光纤中传输的基础理论
• 2.1 非线性薛定谔方程
• 2.1.1 麦克斯韦方程组到波动方程
• 2.1.2 波动方程到非线性薛定谔方程
• 2.2 影响振幅调制连续光传输的主要物理机制
• 2.2.1 群速度色散
• 2.2.2 自相位调制
• 2.2.3 光孤子效应
• 2.2.4 高阶色散和高阶非线性效应
• 2.3 数值模型与程序实现
• 2.3.1 对称分步傅里叶方法
• 2.3.2 方程归一化
• 2.3.3 程序取样精度要求
• 2.3.4 程序实现流程
• 2.4 小结
• 第3章 无噪声条件下梳状频谱的时频域特性研究
• 3.1 理论模型
• 3.2 梳状频谱的产生及其时频域分析
• 3.2.1 输入场模型
• 3.2.2 梳状频谱的产生
• 3.2.3 时频域分析
• 3.3 各参量对输出的影响
• 3.3.1 非线性系数影响
• 3.3.2 群速度色散影响
• 3.3.3 调制频率影响
• 3.3.4 调制深度影响
• 3.4 归一化调制频率对泵浦效率的影响
• 3.5 小结
• 第4章 噪声条件下梳状频谱的时频域特性和输出信噪比研究
• 4.1 理论模型
• 4.2 噪声对连续光时频域稳定性的影响
• 4.3 噪声对振幅调制连续光时频域稳定性的影响
• 4.4 输出信噪比分析及信噪比容限
• 4.4.1 输出信噪比分析
• 4.4.2 信噪比容限分析
• 4.5 数值模拟梳状频谱在光子晶体光纤中的产生
• 4.6 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录