超連續(xù)譜(Supercontinuum,SC)是指輸入脈沖在非線性介質(zhì)中傳輸時,很多新的頻率成分產(chǎn)生,出現(xiàn)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(xiàn)象。光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber,PCF)是一種新型的微結(jié)構(gòu)光纖,其高非線性和靈活設(shè)計的色散特性成為研究色散波和超連續(xù)譜產(chǎn)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(yīng)的影響,其中包含高階色散還有自相位調(diào)制、自陡效應(yīng)、受激拉曼散射等高階非線性效應(yīng)。利用PCF來研究SC引起學(xué)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(jīng)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(chǎn)生超連續(xù)譜產(chǎn)生的影響。第一:從物理學(xué)上入手推導(dǎo)脈沖在非線性介質(zhì)中遵循的傳輸方程,并利用數(shù)值算法求解方程;介紹脈沖精確測量技術(shù),并對經(jīng)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(zhì)時,脈沖會受到各種非線性效應(yīng)的影響。其中,群速度色散使得輸入脈沖展寬。自相位調(diào)制使得脈沖的輸出頻譜中出現(xiàn)了新的頻率成分,輸出頻譜光譜展寬。自陡效應(yīng)引起脈沖發(fā)生畸變,脈沖后沿變陡前沿變得平緩。脈沖內(nèi)拉曼散射作用使得能量不斷的從藍端向紅端轉(zhuǎn)移,隨著距離的增加,發(fā)生了孤子的紅移現(xiàn)象。第三:在本文中采用C++代碼運行數(shù)據(jù),并利用matlab進行實驗仿真。根據(jù)實驗需求設(shè)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?shù)缴⑿甭蕿樨摰牡诙䝼�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(xiàn)象,導(dǎo)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(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN253
【部分圖文】：

是一種單一介質(zhì)的新型光纖，它的包層是由空氣孔構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)ｍ。它具有很多逡逑的優(yōu)良特性，因此可以說它的導(dǎo)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(shè)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(gòu)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(jié)構(gòu)的限制，因此它的非線性效應(yīng)很弱，不利于產(chǎn)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(shè)計性是它最大的優(yōu)勢，從上圖中我們可以看到，光纖結(jié)構(gòu)具有整逡逑齊排列的空氣孔，因此合理設(shè)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(xiàn)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(nèi)外學(xué)者對光子晶體光纖的有關(guān)特性和它逡逑的設(shè)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(nèi)頻率分辨，最后對脈沖強度、頻率、延逡逑遲三者之間的關(guān)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(shè)備，從圖中可以看到入射脈沖在經(jīng)過分束器之后分逡逑成了待測脈沖和開關(guān)脈沖兩部分。前者是用于產(chǎn)生超連續(xù)譜的，后者是經(jīng)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(chǎn)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(guān)作用，為了實現(xiàn)這一目的，需逡逑要進行不斷的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。逡逑在我們的工作中主要使用數(shù)值模擬的方法來實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(jīng)被廣泛應(yīng)用逡逑到科學(xué)運算領(lǐng)域。因此，它為數(shù)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(nèi)。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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本文編號：2815692