本文選題：微結(jié)構(gòu)光纖 + 雙折射　； 參考：《燕山大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：雙折射和非線性是微結(jié)構(gòu)光纖(MOF)所具有的重要特性,自MOF誕生以來(lái)已有大量的文獻(xiàn)分別報(bào)道了對(duì)雙折射和非線性特性的研究。本文將MOF的非線性與雙折射相結(jié)合,通過(guò)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念探索MOF雙折射和非線性的相互關(guān)系,并在實(shí)驗(yàn)上研究飛秒激光脈沖在雙折射和雙零色散MOF中產(chǎn)生非線性的作用過(guò)程。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面。首先通過(guò)求解非線性薛定諤傳輸方程數(shù)值模擬了飛秒激光脈沖在設(shè)計(jì)的高非線性MOF中的傳輸,根據(jù)模擬結(jié)果分析了飛秒激光的脈沖峰值功率,脈沖寬度,脈沖波長(zhǎng)及初始啁啾對(duì)在光纖中產(chǎn)生的超連續(xù)譜的影響。其次,論文設(shè)計(jì)了正八邊形包層橢圓形纖芯結(jié)構(gòu)的MOF,模擬分析了包層空氣孔直徑和纖芯長(zhǎng)短軸之比對(duì)MOF雙折射和非線性帶來(lái)的影響。由模擬分析結(jié)果可知,這種光纖包層的對(duì)稱性較高,MOF的雙折射主要是由纖芯的不對(duì)稱造成的。論文又提出了中心大孔的壓縮八邊形和類矩形纖芯結(jié)構(gòu)兩種MOF,并分析了孔徑、孔間距和纖芯長(zhǎng)短軸之比對(duì)雙折射、非線性和色散帶來(lái)的影響,得到了減小孔間距能更有效地提高M(jìn)OF雙折射和非線性以及輸出脈沖的寬度隨纖芯的長(zhǎng)短軸之比增大而增大的結(jié)論。再次,采用有限元法對(duì)課題組自行研制的一種新穎的V型結(jié)構(gòu)的MOF的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行理論模擬,發(fā)現(xiàn)它的非線性和雙折射都較高;通過(guò)對(duì)飛秒激光脈沖在其中傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)結(jié)果,分析了V型MOF的色散、雙折射、入射光的功率、入射光的中心波長(zhǎng)對(duì)產(chǎn)生的超連續(xù)譜造成的影響。然后,通過(guò)對(duì)課題組自行拉制的一種包層無(wú)序排列的雙折射非線性MOF進(jìn)行飛秒激光傳輸實(shí)驗(yàn),首次發(fā)現(xiàn)入射脈沖的中心波長(zhǎng)位于MOF的正常色散區(qū)也可以產(chǎn)生顯著的斯托克斯波和反斯托克斯波,并用四波混頻的相位匹配理論解釋了兩種波的產(chǎn)生。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)相位匹配條件、入射脈沖偏振化方向、平均功率及中心波長(zhǎng)的調(diào)節(jié)可以有效地控制雙折射非線性MOF中兩種波的強(qiáng)度、中心位置及轉(zhuǎn)化效率。最后,通過(guò)計(jì)算,得到了MOF截面結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)產(chǎn)生的兩個(gè)零色散波長(zhǎng)位置的影響規(guī)律;分析得到了單零色散和雙零色散MOF的色散和四波混頻相位匹配之間的關(guān)系;并在具有雙零色散的MOF中進(jìn)行光譜傳輸實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了MOF的零色散個(gè)數(shù)及位置對(duì)產(chǎn)生的四波混頻波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的影響規(guī)律。
[Abstract]:Birefringence and nonlinearity are important characteristics of microstructured optical fiber (MOF). Since the birth of MOF, the study of birefringence and nonlinear characteristics has been reported in a large number of literatures. In this paper, the nonlinear and birefringence of MOF are combined, the relationship between birefringence and nonlinearity of MOF is explored by innovative design idea, and the nonlinear process of femtosecond laser pulse in birefringence and double zero dispersion MOF is studied experimentally. The research content of this paper mainly includes the following aspects. The propagation of femtosecond laser pulses in a high nonlinear MOF is numerically simulated by solving the nonlinear Schrodinger propagation equation. The peak power and width of femtosecond laser pulses are analyzed according to the simulation results. The influence of pulse wavelength and initial chirp on the supercontinuum spectrum in fiber. Secondly, the paper designs the oval core structure of octagonal cladding, and simulates and analyzes the influence of MOF birefringence and nonlinearity caused by the ratio of the air hole diameter and the long and short axis of the cladding. The simulation results show that the high symmetry of the fiber cladding and the birefringence of MOF are mainly caused by the asymmetry of the core. In this paper, two kinds of MOFs, compression octagonal structure and rectangular fiber core structure, are proposed, and the effects of aperture, hole spacing and ratio of the long and short axis of the core on birefringence, nonlinearity and dispersion are analyzed. It is concluded that decreasing the hole spacing can increase the MOF birefringence and nonlinearity more effectively, and that the output pulse width increases with the increase of the ratio of the long and short axis of the core. Thirdly, the parameters of a novel V-shaped structure MOF developed by our team are theoretically simulated by the finite element method, and it is found that the nonlinear and birefringence of the MOF are both high, and the experimental results of femtosecond laser pulse transmission in the system are given. The influence of dispersion, birefringence, power of incident light and central wavelength of incident light on the supercontinuum spectrum of V-type MOF is analyzed. Then, femtosecond laser propagation experiments were carried out on a kind of birefringent nonlinear MOF with random arrangement of cladding, which was made by our group. It is found for the first time that the central wavelength of the incident pulse is located in the normal dispersion region of MOF and can also produce significant Stokes and anti-Stokes waves. The generation of the two waves is explained by the phase matching theory of four-wave mixing. It is further found that the intensity, center position and conversion efficiency of the two waves in birefringent nonlinear MOF can be effectively controlled by adjusting the polarization direction, average power and central wavelength of the incident pulse under the phase matching condition. Finally, the influence of the structure parameters of MOF section on the positions of the two zero dispersion wavelengths is obtained, and the relationship between the dispersion of MOF with single zero dispersion and double zero dispersion and the phase matching of four wave mixing is obtained. Spectral transmission experiments were carried out in MOF with double zero dispersion to verify the influence of zero dispersion number and position of MOF on wavelength conversion of four-wave mixing.
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN253

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本文編號(hào)：1949844