光學頻率梳(Optical Frequency Comb,OFC))由于其廣泛的應(yīng)用場景已經(jīng)成為眾多研究人員的研究目標。高功率鎖模光脈沖輸入高非線性光纖可以產(chǎn)生較寬的光頻率梳,產(chǎn)生光譜寬度在很大程度上取決于光纖的色散特性和非線性效應(yīng)。高功率輸入光脈沖位于光纖近零色散波長(Zero Dispersion Wavelength,ZDW)的反常色散區(qū)域時可以形成孤子,通過高階孤子的分裂極大地擴展了光頻梳帶寬,其相干性有一定的劣化。高功率輸入光脈沖位于光纖正常色散區(qū)域時,通過自相位調(diào)制(Self-phase Modulation,SPM)和光波分裂(Optical Wave-breaking,OWB)效應(yīng),光脈沖的時域脈沖寬度和頻域頻譜均會展寬,并保持良好的相干性。本文主要針對正常色散平坦高非線性石英光纖的優(yōu)化設(shè)計和1550nm波段可調(diào)諧高重復(fù)頻率、寬帶平坦光頻率梳的產(chǎn)生展開了深入的研究,具體內(nèi)容如下:(1)對光脈沖在正常色散區(qū)和反常色散區(qū)的脈沖演化和頻譜展寬原理分別進行闡述。運用分步傅里葉方法求解廣義非線性薛定諤方程,對光脈沖在高非線性石英光纖的較大正常色散、近零正常色散和近零反常色散三個區(qū)域的超連續(xù)譜產(chǎn)生進行MATLAB仿真,通過比較三種情況下生成的超連續(xù)譜特性,確定近零正常色散區(qū)為主要研究范圍。(2)對基于多包層光纖結(jié)構(gòu)的近零正常色散平坦高非線性石英光纖進行了優(yōu)化設(shè)計�；隈詈夏＠碚摵陀邢拊�,使用COMSOL和MATLAB進行仿真,探究多包層光纖結(jié)構(gòu)中的各個參數(shù)對光纖色散、非線性系數(shù)等參數(shù)的影響,并進行了理論分析和討論。為寬帶平坦光頻率梳的產(chǎn)生提供具有理想色散和非線性參數(shù)的高非線性光纖。(3)對基于電光調(diào)制器和近零正常色散平坦高非線性石英光纖用于寬帶平坦光頻率梳產(chǎn)生進行了深入研究。分析了脈沖演化過程中光波分裂對光頻率梳性能的影響。通過MATLAB仿真,探究了光脈沖傳輸過程中脈沖峰值功率、脈沖寬度、光纖傳輸長度、脈沖初始啁啾等參數(shù)對寬帶平坦光頻率梳特性的影響,并進行了理論分析和討論。(4)對提升光頻率梳的展寬帶寬和平坦度性能的改進方案進行了研究,通過不同的光纖組合設(shè)計實現(xiàn)啁啾脈沖壓縮,提高脈沖峰值功率,從而實現(xiàn)光頻率梳頻譜展寬帶寬和平坦度的提升。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN253
【部分圖文】：

圖２－１邐光頻梳時頻對應(yīng)關(guān)系圖ｆ５４】逡逑Ｆｉｇ２－１邋Ｔｉｍｅ邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｏｐｔｉｃａｌ邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｃｏｍｂ１５４】逡逑圖２－１中上半部分表示光頻梳的時域圖，梳狀由一串超短的光脈沖表示，７；表逡逑示光脈沖之間的時間延遲。Ａｐ是載波和包絡(luò)間的相位差，產(chǎn)生相位差的原因在于逡逑相速度與群速度不一致。通過傅里葉變換將時域和頻域聯(lián)系起來。下半部分為光逡逑頻梳的頻域圖，表現(xiàn)為一系列的譜線，譜線間的間隔為人。＿／0是光頻梳的偏置頻逡逑率。時域參量７；、Ａｐ和頻域參量NB、／。間的數(shù)量關(guān)系由圖上所示的公式表示，NB逡逑的數(shù)學表達式如下：逡逑／0＝＾ｆｒ邐（２－４８）逡逑２ｎＴｒ逡逑用于超連續(xù)譜展寬的高非線性光纖有正常色散１５５，５６］和反常色散高非線性光纖逡逑［５７］。利用非線性傳輸方程（包含高階色散、高階非線性、損耗等）可以對基于正逡逑常色散和反常色散高非線性光纖的光頻率梳的時域和頻域演化特性進行仿真研逡逑究。近零正常色散平坦高非線性光纖己被用于產(chǎn)生超連續(xù)譜和光頻梳的各種場合。逡逑需要特別指出，近零正常色散（／？２＞０）可以在一定程度上抑制調(diào)制不穩(wěn)定性的發(fā)逡逑生，提高非線性的效率，提高光頻率梳的相干性并一定程度改善光頻率梳的平坦逡逑度。光脈沖在反常色散區(qū)（／？２＜０）傳輸時，會發(fā)生調(diào)制不穩(wěn)定性，降低超連續(xù)譜逡逑相干性

光頻梳產(chǎn)生的理論基礎(chǔ)逡逑１．０６＾／１＾邋＝邋１．０６７＾＾＾邐（２－５９）逡逑圖２－２所示是高功率的脈沖光源處于高非線性光纖正常色散區(qū)時通過仿真所逡逑得的時域和頻域演化圖。仿真中的脈沖光源采用雙曲正割脈沖，其數(shù)學表達式為逡逑Ｚｓ＾ｓｅｃＫｒ／Ｔ；），ｈ為ｌｐｓ，入射泵浦光中心波長為１５５０邋ｎｍ，脈沖的峰值功逡逑率＝邋３０邋Ｗ，光纖色散在中心波長附近有較大的正常色散，色散值在１５５０邋ｎｍ處逡逑為－３．４２／ｗ７＾ｗ．？ｗ，光纖傳輸距離為１００邋ｍ，光纖的損耗為《邋＝邐光逡逑纖非線性系數(shù)７邋＝邐。逡逑圖２－２邋ａ）中左圖為脈沖傳輸１００邋ｍ的時域演化圖，右圖為脈沖傳輸１００邋ｍ后逡逑的時域脈沖波形包絡(luò)圖，此時脈沖邊沿具有振蕩結(jié)構(gòu)，這是光波分裂發(fā)生的典型逡逑時域表現(xiàn)。圖２－２邋ｂ）中左圖為脈沖傳輸１００邋ｍ的頻域演化圖，右圖為脈沖傳輸１００逡逑ｍ后的頻譜包絡(luò)圖

邐光頻梳產(chǎn)生的理論基礎(chǔ)逡逑圖２＿３所示是對高功率的脈沖光源處于高非線性光纖正常近零色散區(qū)時通過逡逑模擬仿真所得的時域和頻域演化圖。仿真采用雙曲正割脈沖曲線，％為１邋ｐｓ，泵逡逑浦光中心波長為１５５０邋ｎｍ，脈沖峰值功率八＝３０邋Ｗ，光纖色散在中心波長附近為逡逑正常近零色散區(qū)，色散值在１５５０邋ｎｍ處為－０．２２／ｗ７Ａｗ．ｗｎ，光纖傳輸距離為１００逡逑１１１，光纖的損耗為0；邋＝邋０．８＜＾５／如７，光纖非線性系數(shù)／邋＝邋１０『１／＾？２。逡逑圖２－３邋ａ）為脈沖傳輸１００邋ｍ的時域演化圖和最終輸出的脈沖時域包絡(luò)波形，逡逑圖２－３邋ｂ）為脈沖傳輸１００邋ｍ的頻域演化圖和最終輸出的頻譜包絡(luò)圖。由圖２－３邋ａ）逡逑可以看到，時域脈沖邊沿沒有圖２－２邋ａ）中的振蕩結(jié)構(gòu)，即沒有發(fā)生光波分裂。由圖逡逑２－３邋ｂ）可以看到，展寬后的光譜寬度較寬，但光譜的平坦度與圖２－２邋ｂ）相比，平坦逡逑度欠佳。通過對比圖２－２和圖２－３可知

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 賈楠;李唐軍;孫劍;鐘康平;王目光;;高非線性光纖正常色散區(qū)利用皮秒脈沖產(chǎn)生超連續(xù)譜的相干特性[J];物理學報;2014年08期

2 趙梓森;;光纖通信的過去、現(xiàn)在和未來[J];光學學報;2011年09期

3 徐永釗,徐文成,于丙,陳泳竹,崔虎,劉頌豪;色散平坦?jié)u減光纖中超連續(xù)譜的產(chǎn)生[J];光學學報;2004年06期

4 蕭天鵬,陳錫浩;四包層色散平坦光纖的參數(shù)設(shè)計和試制[J];應(yīng)用科學學報;1991年03期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 楊婷;光學頻率梳在光子模擬信號處理中的應(yīng)用研究[D];華中科技大學;2016年

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 安慰寧;飛秒光梳的頻域干涉絕對測距系統(tǒng)研究[D];天津大學;2014年

本文編號：2832485