非线性导波双稳特性的理论研究

论文摘要

非线性导波双稳开关在光学逻辑运算、全光信号整形与再生、解分复用、光存储、全光波长转换等光计算及光通信领域有着潜在的应用价值。研究表明，非线性光纤光栅双稳开关作为全光双稳开关的一种典型器件，其在实际应用中存在着许多限制因数：阈值能量太大，因而采用普通激光器比较难于实现，且容易导致光栅被损伤；双稳环宽度太小，使开关稳定性较差；上支斜率太大，不利于对脉冲进行整形和限幅等等。因此，改善非线性布拉格光栅的双稳态性能已成为人们研究的一个热点。基于此，本论文将对非线性布拉格光栅的双稳态性能作较为深入的研究。从耦合模理论出发，提出一种通过引入线性啁啾改善线性负切趾型布拉格光栅双稳态性能的设计方案。结果表明：在线性负切趾型布拉格光栅中引入正啁啾，将有利于降低开关阈值、使双稳环的上支变得平坦以及扩大能实现双稳的入射光波长范围；光栅长度对正啁啾、线性负切趾型布拉格光栅的双稳开关阈值、环的宽度、开关对比度等都有明显的影响，合理选择光栅长度，可对其双稳态性能进行进一步优化。基于耦合模理论，利用椭圆积分方法对非线性布拉格光栅(NLBG)的双稳特性进行了理论分析，推导出较为普遍情形下表述NLBG输出强度和输入强度之间关系的解析表达式，并采用数值模拟的方法研究了非线性布喇格光栅双稳态对光栅内部参数的依赖性。结果表明：NLBG双稳特性不仅对耦合系数与光栅长度的乘积具有整体依赖性，而且对耦合系数和光栅长度具有单一依赖性。该论文的研究成果对非线性光纤光栅双稳开关的优化设计具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光学双稳概述
• 1.3 光学双稳的类型及研究进展
• 1.3.1 色散型光学双稳
• 1.3.2 吸收型光学双稳
• 1.3.3 双模光学双稳
• 1.4 本文的工作及意义
• 1.5 参考文献
• 第二章 啁啾的引入对线性负切趾型布拉格光栅双稳特性的影响
• 2.1.引言
• 2.2.理论模型
• 2.3.结果与讨论
• 2.3.1.啁啾对线性负切趾型布拉格光栅双稳特性的影响
• 2.3.2.光栅长度变化对正啁啾、线性负切趾型布拉格光栅双稳特性的影响
• 2.4.结论
• 2.5 参考文献
• 第三章 非线性布拉格光栅双稳特性的理论研究
• 3.1.引言
• 3.2.理论分析
• 3.3.数值模拟结果
• 3.3.1.NLBG双稳态对kL的整体依赖性
• 3.3.2.NLBG双稳态对k和L的单一依赖性
• 3.4.结论
• 3.5.参考文献
• 第四章 结束语
• 攻读硕士期间发表论文
• 致谢