本文關(guān)鍵詞：硫系光纖中非線性效應(yīng)的研究

  更多相關(guān)文章： 硫系光子晶體光纖 非線性 中紅外超連續(xù)譜 四波混頻 波長轉(zhuǎn)換

【摘要】：非線性光纖光學(xué)在全光信號處理領(lǐng)域快速發(fā)展,比如光信號的再生、波長的轉(zhuǎn)換、信號的復(fù)用和解復(fù)用等。光纖中的超連續(xù)譜的產(chǎn)生可以用于非線性光譜學(xué)、光纖傳感、光頻率計量學(xué),還可以作為多信道通信光源。然而,由于傳統(tǒng)光纖通信窗口的局限性,限制了其在中紅外區(qū)域諸如軍事、醫(yī)學(xué)和生物學(xué)等方面的進(jìn)一步應(yīng)用,在這種背景下,需要尋找中紅外區(qū)域超寬透明性和高非線性的可替代材料。本文研究了硫系光子晶體光纖的色散和非線性效應(yīng),并給出了最優(yōu)的光纖結(jié)構(gòu)參數(shù),獲得了中紅外區(qū)域譜寬最大的超連續(xù)譜輸出;對比分析了硫系光纖和石英光纖基于四波混頻的波長變換效率。硫系玻璃的傳輸窗口可以從可見光區(qū)域一直延伸到14μm附近的中紅外區(qū)域,其非線性折射率可以達(dá)到普通石英光纖的1000倍,甚至更大;并且具有飛秒量級快速響應(yīng)時間,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于半導(dǎo)體激光器和飽和吸收體。此外,硫系光子晶體光纖還具有“無截止”單模特性和靈活可調(diào)的色散特性。為了獲得中紅外區(qū)域譜寬最大的超連續(xù)譜輸出,論文詳細(xì)分析了2 3As Se光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)對光纖中非線性效應(yīng)和色散特性的影響。通過優(yōu)化光纖結(jié)構(gòu)參量,獲得了零色散波長位于2.5μm的色散曲線;擴(kuò)展了由四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生的斯托克斯波在長波方向上的波長;分析了在保持高非線性特性和低損耗的前提下,使光纖工作在“無截止”單模狀態(tài)的條件。綜合考慮,確定了超連續(xù)譜輸出譜寬最大時的光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過數(shù)值仿真,驗證了上述結(jié)論,并結(jié)合超連續(xù)譜時域和頻域演化圖,闡述了硫系光纖中超連續(xù)譜的形成過程。分析比較了常用通信波長附近硫系光纖與普通石英光纖中基于四波混頻的波長轉(zhuǎn)換效率,指出信號波長在光纖零色散波長的長波方向上,波長轉(zhuǎn)換可調(diào)諧帶寬最大。在相同條件下,硫系光纖中波長轉(zhuǎn)換效率高于石英光纖;給出了硫系光纖和普通光纖中能量流動對比圖;最后演示了重復(fù)頻率為1GHz和20GHz脈沖信號的四波混頻效應(yīng)動態(tài)變化過程。
【關(guān)鍵詞】：硫系光子晶體光纖 非線性 中紅外超連續(xù)譜 四波混頻 波長轉(zhuǎn)換
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN253
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-14
• 1.1 論文研究背景10
• 1.2 硫系玻璃10-11
• 1.2.1 硫系玻璃的基本特性10
• 1.2.2 硫系玻璃光纖的研究歷程10-11
• 1.2.3 硫系光子晶體光纖11
• 1.3 硫系玻璃與其他玻璃特性的對比11-12
• 1.4 本文的創(chuàng)新點(diǎn)與內(nèi)容安排12-14
• 第2章 光纖中的非線性效應(yīng)14-24
• 2.1 光纖中非線性效應(yīng)的產(chǎn)生14
• 2.2 三階非線性效應(yīng)14-19
• 2.2.1 非彈性過程14-17
• 2.2.2 彈性過程17-19
• 2.3 光脈沖在光纖中的傳輸19-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第3章 硫系光纖中超連續(xù)譜的產(chǎn)生24-39
• 3.1 超連續(xù)譜的研究進(jìn)展24
• 3.1.1 硫系光纖中超連續(xù)譜的研究進(jìn)展24
• 3.1.2 超連續(xù)譜的應(yīng)用24
• 3.2 廣義的非線性薛定諤方程及其求解24-27
• 3.2.1 廣義的非線性薛定諤方程24-25
• 3.2.2 分步傅里葉算法及改進(jìn)25-27
• 3.3 硫系光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計及數(shù)值仿真27-35
• 3.3.1 硫系光子晶體光纖色散特性28-30
• 3.3.2 受激喇曼散射30-31
• 3.3.3 硫系光纖中的單模條件31-33
• 3.3.4 四波混頻與超連續(xù)譜之間的關(guān)系33-34
• 3.3.5 硫系光纖中非線性特性34-35
• 3.4 硫系光子晶體光纖中超連續(xù)譜的產(chǎn)生35-38
• 3.4.1 不同空氣孔間距下超連續(xù)譜的產(chǎn)生35-36
• 3.4.2 不同峰值功率下超連續(xù)譜的產(chǎn)生36-37
• 3.4.3 超連續(xù)譜時域和頻域的演化過程37-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第4章 硫系光纖中基于四波混頻效應(yīng)的波長變換39-52
• 4.1 四波混頻的研究進(jìn)展39
• 4.2 波長轉(zhuǎn)換的意義39-40
• 4.3 四波混頻的耦合方程組的求解40-43
• 4.3.1 耦合薛定諤方程組40-41
• 4.3.2 非線性薛定諤方程組的求解41-43
• 4.4 光纖參數(shù)及四波混頻模擬43-44
• 4.5 基于四波混頻的波長轉(zhuǎn)換44-49
• 4.5.1 相位匹配條件和波長轉(zhuǎn)換效率的分析44-47
• 4.5.2 硫系光纖與普通石英光纖的波長轉(zhuǎn)換效率的比較47-49
• 4.6 硫系光纖中1GHz和20GHz脈沖信號的波長轉(zhuǎn)換49-51
• 4.6.1 1GHz時鐘信號的四波混頻49-50
• 4.6.2 20GHz時鐘信號的四波混頻50-51
• 4.7 本章小結(jié)51-52
• 第5章 總結(jié)與展望52-54
• 致謝54-55
• 參考文獻(xiàn)55-60
• 附錄 作者在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參加的科研項目60

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