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微结构光纤非线性特性的理论及其实验研究

2020-11-23阅读(626)

微结构光纤非线性特性的理论及其实验研究

论文摘要

本论文工作是围绕以下项目展开的：以任晓敏教授为首席科学家的国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“新一代通信光电子集成器件及光纤的重要工艺创新与基础研究”(项目编号：2003CB314900)；国家高技术研究发展计划(863计划)项目“单结构与多结构集成式光子晶体光纤及器件”(项目编号：2003AA311010)；教育部科学技术重大研究项目“基于微结构光纤的新一代光通信器件及系统”(项目编号：104046)以及北京市教委共建项目(项目编号：XK100130437)。 微结构光纤(Microstructured Fiber：MF)，是沿轴向排列着多层气孔(或其它介质)的一种新型光纤，在光物理、生物医学、光化学等诸多领域都有广泛的应用。与普通光纤相比，微结构光纤堪称新一代的、对通信系统发展将起到重要影响的划时代产品。微结构光纤具有许多不同于普通光纤的优越特性，它对于DWDM系统中光器件的小型化、集成化具有重要意义。本论文着重研究了微结构光纤非线性特性的理论和实验工作，主要研究成果如下： 1．系统研究了微结构光纤的非线性系数与不同结构参量之间的关系。与人合作，利用时域有效差分法，对不同结构参量下微结构光纤的有效面积和非线性系数进行了详细的数值分析，得到了非线性系数随结构参量的变化规律。研究结果表明：填充比越大，模场越集中在纤芯部分，有效面积也就越小；对于一个固定的d／∧值，存在一个最优的∧使得非线性系数取得最大。 2．理论研究了超短光脉冲在微结构光纤中的非线性传输特性和超连续谱的产生，分析了在不同的色散区域，脉冲的传输和光谱的变化规律。数值模拟结果发现：超短脉冲在MF传输初期都只有群速度色散和自相位调制效应起主要作用；随着传输距离的增加，受激拉曼散射和高阶色散逐渐占据主导作用，脉冲频谱被极大展宽。

论文目录

  • 声明
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究意义和背景
  • 1.2 论文结构安排
  • 参考文献
  • 第二章 微结构光纤的基本特性及应用
  • 2.1 引言
  • 2.2 微结构光纤的分类
  • 2.2.1 光子带隙型
  • 2.2.2 改进的全内反射型
  • 2.3 制作工艺
  • 2.4 微结构光纤的特性
  • 2.4.1 无尽单模特性
  • 2.4.2 超大数值孔径
  • 2.4.3 有效模场面积可控特性
  • 2.4.4 色散可控特性
  • 2.4.5 高双折射特性
  • 2.4.6 低损耗特性
  • 2.4.7 非线性特性
  • 2.5 微结构光纤应用
  • 参考文献
  • 第三章 微结构光纤非线性特性的基本理论研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 光子带隙基本理论
  • 3.3 微结构光纤基本理论
  • 3.3.1 矢量波动方程
  • 3.3.2 标量波动方程
  • 3.4 微结构光纤的数值解法
  • 3.5 微结构光纤非线性的基本理论研究
  • 3.5.1 光纤中非线性效应产生机理
  • 3.5.2 提高光纤非线性的方法
  • 3.5.3 时域有限差分算法计算微结构光纤的优点
  • 3.5.4 微结构光纤结构参量与模场分布的关系
  • 3.5.5 微结构光纤结构参量与非线性系数的关系
  • 3.5.6 微结构光纤材料折射率与非线性系数的关系
  • 3.6 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 超短脉冲在微结构光纤中非线性传输的理论与实验研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 脉冲在光纤中传输的基本理论
  • 4.2.1 麦克斯韦方程组
  • 4.2.2 皮秒脉冲传输方程
  • 4.2.3 飞秒脉冲传输方程
  • 4.2.4 与脉冲传输有关的几个重要参数
  • 4.3 分步傅里叶计算方法
  • 4.4 超短脉冲在微结构光纤中传输和超连续谱的产生
  • 4.4.1 反常色散区超短脉冲传输及频谱演化
  • 4.4.2 近零色散点附近超短脉冲的传输及频谱演化
  • 4.4.3 正常色散区超短脉冲的传输及频谱演化
  • 4.5 微结构光纤产生超连续谱的实验研究
  • 4.5.1 引言
  • 4.5.2 超连续谱简介
  • 4.5.3 实验装置
  • 4.5.4 实验结果及分析
  • 4.5.5 结论
  • 4.6 利用微结构光纤进行脉冲压缩和整形
  • 4.6.1 微结构光纤的设计
  • 4.6.2 利用MF直接进行脉冲压缩
  • 4.6.3 利用MF-NOLM进行脉冲压缩和整形
  • 4.7 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 基于微结构光纤的全光开关和全光再生的实验研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 微结构光纤的高非线性特性
  • 5.3 基于微结构光纤的全光开关实验研究
  • 5.3.1 引言
  • 5.3.2 基于 MF-NOLM致开关效应的原理
  • 5.3.3 实验装置
  • 5.3.4 实验结果与分析
  • 5.3.5 结论
  • 5.4 基于微结构光纤的全光再生实验研究
  • 5.4.1 引言
  • 5.4.2 实验原理与装置
  • 5.4.3 实验结果与分析
  • 5.4.4 结论
  • 5.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第六章 基于微结构光纤的宽带色散补偿实验研究
  • 6.1 引言
  • 6.2 宽带色散补偿原理
  • 6.3 微结构光纤及其色散特性
  • 6.4 实验装置及结果
  • 6.5 理论分析
  • 6.6 本章小节
  • 参考文献
  • 第七章 总结与展望
  • 7.1 成果总结
  • 7.2 设想与展望
  • 致谢
  • 攻读博士学位期间完成的论文

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