基于高非线性光子晶体光纤飞秒光脉冲压缩的研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huojiantong
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超短光脉冲在光通讯、光传感、光信号处理、光数据存储、生物医学成像和激光加工等众多领域都有着广泛的应用。获得超短光脉冲的方法很多,而光纤脉冲压缩技术是其中之一。由于受到自身参数的限制,利用普通光纤进行脉冲压缩不易获得较好的压缩效果,由于光子晶体光纤结构的灵活设计,可以具有高非线性和灵活可调的色散特性,能够有效地克服普通光纤的不足,用较短的光纤就可以实现高质量的脉冲压缩,大大提髙光脉冲的压缩效率,近年来依然是光脉冲压缩技术的研究热点之一。  首先简单介绍了光子晶体光纤的发展和分类,分析了几种光子晶体光纤特性,介绍了高非线性光子晶体光纤的特性和用途;从光脉冲在光纤中的传输特性出发,推导了广义非线性薛定谔方程,并对分布傅里叶方法进行了阐述;重点分析了基于四种不同光纤非线性脉冲压缩的原理及处理方法;最后,提出了一种新的二氧化硅芯高非线性光子晶体光纤结构,采用全矢量有限元法求得纤芯有效折射率,数值模拟表明该光纤具有反常群速度色散,小的高阶色散和高非线性,能够在850nm处实现有效地飞秒脉冲孤子效应压缩;采用分布傅里叶方法数值研究了高斯脉冲在此光纤中的压缩情况,考虑光纤长度和孤子阶数对脉冲压缩的影响,得到了高质量、小底座的超短光脉冲。  本文设计了一种新的二氧化硅芯光子晶体光纤结构,通过模拟选定归一化空气孔直径d/Λ=0.9,空气孔间距Λ=0.9?m,在波长850nm处,群速度色散为?2=-68.02216ps2/km,三阶色散为?3=0.036028ps3/km,四阶色散为?4=1.960942*10-4ps4/km,五阶色散为?5=-5.544006*10-7ps5/km,高阶色散均很小,这有利于脉冲压缩。光子晶体光纤的非线性为γ=311.49395W-1/km,该光纤为高非线性光子晶体光纤。利用初始脉宽为TFWHM=100fs的高斯脉冲进行脉冲压缩,综合考虑品质因子QC和压缩因子FC,利用4.22mm长的光纤在孤子阶数N=8时得到 T0=4.64fs的压缩脉冲。
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