超連續(xù)譜(Supercontinuum,SC)是指輸入脈沖在非線性介質中傳輸時,很多新的頻率成分產生,出現了在光纖輸出端脈沖頻譜比輸入脈沖頻譜寬的一種物理現象。光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber,PCF)是一種新型的微結構光纖,其高非線性和靈活設計的色散特性成為研究色散波和超連續(xù)譜產生的優(yōu)良物理載體。脈沖傳輸時受到PCF中各種高階非線性效應的影響,其中包含高階色散還有自相位調制、自陡效應、受激拉曼散射等高階非線性效應。利用PCF來研究SC引起學者們的興趣。對色散波和孤子的生成過程進行深入探討是研究SC的生成過程的必經之路。本文從理論上和實驗上模擬分析不同色散斜率情況下對產生超連續(xù)譜產生的影響。第一:從物理學上入手推導脈沖在非線性介質中遵循的傳輸方程,并利用數值算法求解方程;介紹脈沖精確測量技術,并對經過測量的脈沖進行精確分析。第二:研究了具有高非線性的PCF作為光脈沖的傳輸介質時,脈沖會受到各種非線性效應的影響。其中,群速度色散使得輸入脈沖展寬。自相位調制使得脈沖的輸出頻譜中出現了新的頻率成分,輸出頻譜光譜展寬。自陡效應引起脈沖發(fā)生畸變,脈沖后沿變陡前沿變得平緩。脈沖內拉曼散射作用使得能量不斷的從藍端向紅端轉移,隨著距離的增加,發(fā)生了孤子的紅移現象。第三:在本文中采用C++代碼運行數據,并利用matlab進行實驗仿真。根據實驗需求設計了具有三個零色散點PCF,它不僅具有正色散斜率還有負色散斜率,分析當相同的泵浦波長處于不同光纖色散斜率情況下時,通過仿真實驗分析脈沖在光纖中傳輸時的頻域演化圖。實驗表明,在不同色散斜率情況下,色散波生成有所不同,輸出頻譜不同。當泵浦波長處于正色散斜率時且不斷增大,藍移色散波減少;當脈沖傳輸到色散斜率為負的第二個零色散波長附近,紅移色散波增強。在長波長正常色散區(qū)與長波長反常色散區(qū)之間發(fā)生了明顯的孤子頻譜遂穿現象,導致脈沖頻譜展寬；同時,在頻域中色散波孤子形成的越晚;隨著色散斜率的增加生成的超連續(xù)譜平坦性增強。
【學位單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN253
【部分圖文】：

是一種單一介質的新型光纖，它的包層是由空氣孔構成的微結構ｍ。它具有很多逡逑的優(yōu)良特性，因此可以說它的導光性能接近完美。世界上的第一根ＰＣＦ制備于２０逡逑世紀９０年末代，它是Ｋｎｉｇｈｔ等人通過實驗設計所得［４］。圖１．１是常見ＰＣＦ的截面示逡逑意圖，它的包層由空氣孔構成，這些空氣孔按照一定的規(guī)律排列，中間缺陷部分逡逑為纖芯，其纖芯可以是空心或者實心，在研究超連續(xù)譜時通常不采用空心的光子逡逑晶體光纖，因為受到它自身結構的限制，因此它的非線性效應很弱，不利于產生逡逑超連續(xù)譜。逡逑000000逡逑0000000逡逑00？00000逡逑000000000逡逑0000000000逡逑00000邋00000逡逑0000000000逡逑000000000逡逑00000000逡逑0000？00逡逑000000逡逑圖１．１邋ＰＣＦ截面示意圖逡逑ＰＣＦ的可設計性是它最大的優(yōu)勢，從上圖中我們可以看到，光纖結構具有整逡逑齊排列的空氣孔，因此合理設計ＰＣＦ，可以使得達到光纖擁有不同色散特性。圖逡逑中展示了邋ＰＣＦ的截面圖，可以發(fā)現它可以通過改變空氣孔直徑大小、孔間距和空逡逑氣孔的排列方式來滿足色散特性需求，如色散平坦光纖、色散漸減ＰＣＦ、具有單逡逑個或多個零色散點ＰＣＦ等。最近幾年國內外學者對光子晶體光纖的有關特性和它逡逑的設計早有了很多的成果并進行了多次報道。逡逑１．２．邋１光子晶體光纖的分類逡逑自２０世紀９０年代末出世的第一根光子晶體光纖以來

個信號脈沖，這個信號脈沖在一時間段內頻率分辨，最后對脈沖強度、頻率、延逡逑遲三者之間的關系進行了記錄，通過光譜儀記錄得到空間樣圖，就是脈沖的ＦＲＯＧ逡逑軌跡。圖２．２是ＦＲＯＧ實驗設備，從圖中可以看到入射脈沖在經過分束器之后分逡逑成了待測脈沖和開關脈沖兩部分。前者是用于產生超連續(xù)譜的，后者是經過全反逡逑射鏡反射后和探測脈沖平行。接著這兩部分都在聚焦透鏡作用下，聚集到一般使逡逑用ＢＢＯ晶體的ＳＨＧ晶體上，ＳＨＧ可以產生二次諧波。這兩束光波在ＢＢＯ晶體逡逑上的角度、位置會決定參考脈沖是否能夠發(fā)揮開關作用，為了實現這一目的，需逡逑要進行不斷的調節(jié)來實現。逡逑在我們的工作中主要使用數值模擬的方法來實現對脈沖Ｘ－ＦＲＯＧ軌跡的記錄逡逑模擬。Ｍａｔｌａｂ通俗的來講，它是一款超級計算機，擁有強大的數據計算和分析能逡逑力，同時具備編程工程，是人們在工程計算中一個得力的助手，己經被廣泛應用逡逑到科學運算領域。因此，它為數值分析和算法開發(fā)創(chuàng)造了一個條件。由于實驗器逡逑材的缺乏

邐Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋（ｎｍ）逡逑圖３．邋１只有ＧＶＤ時無初始啁啾高斯脈沖時域（ａ）和頻域（ｂ）演化圖逡逑圖３．１顯示了在只考慮ＧＶＤ情況下高斯脈沖在時域和頻域隨著傳輸距離變化逡逑的演化圖，從圖上可以看出脈沖在在光纖中傳輸隨著距離的增加，從時域圖中可逡逑以觀察到脈沖的對稱展寬，而頻譜沒有發(fā)生變化。雖然我們知道二階色散是主要逡逑影響，但是輸入脈沖距離零色散波長的大小決定了方程（３．１）中的高次項是否需逡逑要考慮。當泵浦脈沖在接近零色散波長位置處時，我們就要將方程中的高次項考逡逑慮在內。當泵浦波長距離零色散波長較遠時，脈沖受到的三階色散作用很小，幾逡逑乎可以忽視。相反，當距離很近時，只需要考慮三階色散的作用。逡逑圖３．２中的左圖是脈沖的輸入和輸出波形對比圖，而右圖是脈沖在時域上隨逡逑著傳輸距離的空間演化圖。從圖３．２的波形對比圖（左圖）可以看出ＴＯＤ造成脈逡逑沖發(fā)生畸變

【參考文獻】

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