非线性光纤中超连续谱的研究

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超连续谱是指强短脉冲通过非线性介质时,由于自相位调制,交叉相位调制,受激拉曼散射和四波混频等非线性效应与光纤的群速度色散的共同作用而使脉冲频谱展宽的一种现象。自从人们第一次观察到光纤中的超连续谱的现象后,对超连续谱的研究就没有间断过。人们对超连续谱的研究经历了单模光纤到锥形光纤一直到现在的光子晶体光纤这样一个逐步发展的过程。光子晶体光纤由于它奇异的色散特性以及灵活的设计方法,在超连续谱中的产生中有着无法替代的优势。基于此,本文主要数值模拟了光子晶体光纤中超连续谱的产生情况。本文主要的工作有:从麦克斯韦方程组出发,推导了描述短光脉冲在光纤中的传输方程:广义的非线性薛定谔方程。为了数值求解广义非线性薛定谔方程,运用了分步傅立叶方法,并为了提高精度,对分步傅立叶方法进行了改进,即对称分步傅立叶方法,并对模拟仿真中的一些注意问题进行了说明及改进。数值模拟了光子晶体光纤中的超连续谱的产生,对于各种参量例如光纤参量:光纤长度和初始啁啾值对超连续谱的影响进行了详细的讨论;然后对输入脉冲参量:初始脉宽及峰值功率对超连续谱的影响也进行了认真的分析。通过模拟我们发现,超连续谱的展宽分为三个阶段:初始展宽,剧烈展宽和饱和展宽。在这三个阶段中,各种参量的影响也是不一样的,选取合适的参量,可以提高超连续谱产生的效率,得到更为平坦展宽的超连续谱。并且在光纤的正常色散区和反常色散区产生的超连续谱的情况也是不一样的,经证实,反常色散区更有利于超连续谱的产生。最后提出了改善超连续谱的宽度和平坦度的方法,运用两根光纤相结合的方法来产生超连续谱,运用这种方法得到了平坦度和宽度都相对较好的超连续谱。
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