含复合缺陷的一维光子晶体的非线性传输特性的研究

上海大学博士学位论文含复合缺陷的一维光子晶体的非线性传输特性的研究姓名：侯鹏申请学位级别：博士专业：无线电物理指导教师：王奇20090301含复合缺陷的一维光子晶体的非线性传输特性的研究作者：侯鹏学位授予单位：上海大学相似文献(10条)1.期刊论文孙喜文.王清月.胡明列.柴路.栗岩峰.SUNXi-wen.WANGQing-yue.HUMing-lie.CHAILu.LIYan-feng光子晶体光纤中非线性传输的数值分析-中国激光2005,32(11)利用数值方法求解了广义非线性薛定谔方程,模拟了飞秒激光脉冲在具有不同色散特性的光子晶体光纤(PCF)中非线性传输和超连续光谱的产生过程,分析了在反常色散区和正常色散区飞秒激光脉冲的非线性展宽机制,详细讨论了脉冲内拉曼散射(ISRS)、自陡峭(SS)效应以及高阶色散对超连续光谱产生的影响.分析结果表明,无论在光子晶体光纤的反常色散区、正常色散区还是在光纤的零色散点,脉冲内拉曼散射效应对长波波段的光谱展宽都具有重要的作用.讨论了高阶色散尤其是三阶色散对超连续光谱中反斯托克斯波的显著影响,合理地选择色散曲线,能够得到更宽更平坦的超连续光谱,表明了光子晶体光纤的可控色散特性的重要应用价值.2.期刊论文成纯富.王晓方.鲁波飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱产生-物理学报2004,53(6)采用分步傅里叶方法数值模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生.计算和分析了高阶色散和非线性效应对超连续谱形状和带宽的影响.结果表明在光子晶体光纤中产生了孤子自频移现象.同时也发现脉冲内拉曼散射和自相位调制的联合作用导致了超连续谱中精细结构的出现.另外,还发现高阶色散和初始光脉冲的峰值功率对超连续谱的带宽和平滑也有直接影响.3.学位论文成纯富超短脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱现象的研究2000光子晶体光纤是近年来兴起的一种具有微结构包层的新型光纤，这种微结构从根本上改变了传统光纤的许多传输特性，获得了传统光纤所没有的各种新的特性。这些奇异特性主要包括：可控色散特性、增强的非线性特性以及无休止单模特性等。这些优异特性使其成为产生超连续谱的优秀介质。超连续谱被广泛应用于飞秒激光脉冲的相位稳定、光学频率测量、光学相干层析成像、超短脉冲压缩、通信光源等领域。基于此，光子晶体光纤极有可能成为比传统光纤更优异的下一代传输光纤，在光通信、高精度光谱学、生物光子学、非线性光学、超短激光脉冲等领域具有广阔的应用前景。因此，研究超短激光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输及超连续谱现象，具有重要的学术意义和实际应用价值。本学位论文在前人工作的基础上，对超短脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输及超连续谱现象进行了一些研究。取得了一些创新性的研究成果。这些成果主要包括：1.探讨了双色脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输及俘获光脉冲的产生。研究发现，双色脉冲位于正常或反常色散区时产生了不同的现象。特别是，当信号脉冲位于正常色散区，而泵浦脉冲位于反常色散区，且两者的初始群速度相等或者接近相等时，我们观察到了俘获脉冲的产生，即信号光的后沿被拉曼孤子脉冲俘获。进一步研究表明，其产生机制是随后产生的拉曼孤子脉冲与信号光后沿间的交叉相位调制作用。这种相互作用使得信号光的红移成分的能量逐步转移到蓝移成分中，这种能量的转移可以用来解释超连续谱中短波长成分的产生。此外，我们还发现，通过增大泵浦脉冲的入射峰值功率，可以获得波长可调的信号光。2.探讨了飞秒光脉冲在光子晶体光纤反常色散区的非线性传输和超连续谱中精细谱结构的产生。研究发现，飞秒光脉冲在光子晶体光纤反常色散区传输时产生了孤子自频移现象。当入射激光功率较高时，在短波方向出现了精细谱结构，且随入射峰值功率的增加越来越明显，其产生机制我们把它规因于脉冲内拉曼散射和自相位调制的联合作用。另外，还发现超连续谱中的这种精细谱结构可通过控制初始脉冲啁啾得到极大的削弱，并存在一最佳正啁啾使精细谱结构几乎完全消失。关键词：光子晶体，光子晶体光纤，孤子，超连续谱，精细谱结构4.期刊论文王润轩.WANGRun-xuan光子晶体光纤中非线性传输的数值研究-激光与红外2009,39(6)数值模拟了飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输过程,详细计算分析了自相位调制(SPM)、脉冲内拉曼散射(ISRS)、自陡峭(SS)以及群速度色散(GVD)、三阶色散(TOD)、四阶色散(FOD)对脉冲传输和频谱的影响.结果表明,在反常色散区,脉冲内拉曼散射以及三阶、四阶色散对频谱的展宽和脉冲的平滑都有着重要作用;而自陡峭是使高阶孤子分量产生分裂衰变,对光谱的不对称展宽有一定影响.5.期刊论文方晓惠.胡明列.刘博文.栗岩峰.柴路.王清月.FANGXiao-hui.HUMing-lie.LIUBo-wen.LIYan-feng.CHAILu.WANGQing-yue全固态带隙结构光子晶体光纤中非线性过程的数值模拟-量子电子学报2008,25(6)全同态带隙结构光子晶体光纤能够同时提供大模场面积和可控色散特性,为高功率下的非线性传输过程提供了一种新的介质,尤其在构成全光纤色散补偿和高功率孤子传输器件方面具有重要的应用价值.利用改进的广义非线性薛定谔方程数值模拟了全固态带隙结构光子晶体光纤中的非线性过程,分析了这种光纤中由于带隙特性和色散特性的共同作用,对飞秒激光非线性传输过程的影响,其中最明显的效应就是带隙特性对孤子自频移有很强的抑制作用.进一步详细讨论了入射脉冲峰值功率、带隙宽度以及带隙中心位置对非线性传输过程的影响.6.学位论文卓辉周期性微结构光子材料中光波的非线性传输研究2008光子代替电子作为信息的载体是人们的一个共识，因为光子技术具有高传输速度、高密度及高容错性等优点。然而，由于光子不像电子一样易于控制，光子器件远不如电子器件成熟，致使光信息技术仅仅在信息传输中得到应用，而且是最基本的信息功能。研究光波与新型光子材料的相互作用，探索利用光子材料对光子的操纵和控制，是发展新型光子器件的基础，对光计算、全光通信等领域具有重要的理论和实际意义。周期性微结构光子材料，如布拉格光栅、光子晶体、光学格子、超常介质等，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能，是发展全光器件的理想材料。本论文着重研究最近几年发展的两种新型的周期性微结构光子材料即光学格子和超常介质中光波的非线性传输特性，进行了如下的工作：第一，光学格子是指具有横向周期性调制折射率的光学介质。光束在非线性光学格子中传输时展现出丰富的令人感兴趣的现象，特别是，横向折射率的周期性调制深刻地影响空间孤子的形成和传输特性。我们利用变分法和数值方法研究了克尔型非线性光学格子中光束的传输，求出了光束宽度、振幅、频率啁啾参量随传播距离的演化形式，揭示了光学格子的调制周期和调制深度对光波非线性传输的影响，得到了格子孤子的形成和稳定传输的条件。发现光束宽度与调制周期的比值必须小于一定的值才能形成孤子的传输，周期性格子有类似于非线性的良好特性，从而为更好地控制格子孤子的形成和传输提供了另一个自由度。第二，损耗是所有系统的固有属性，光学格子也不例外。为有效克服损耗对光学格子孤子的影响，我们借鉴色散渐变光纤中利用色散的缓变来补偿因光纤中的损耗而导致非线性效应减弱的方案，首次提出通过控制光格子的调制深度和调制周期来补偿光学格子介质的损耗效应，以在实际有损耗的光学格子介质中实现稳定的孤子传输。为论证该方案，利用解析和数值方法研究了空间光孤子在具有损耗的Bessel光格子中的传输，通过变分法得到了光束宽度、振幅和波面曲率的动力学方程，结果表明，通过适当地增加光格子的折射率调制深度，介质的损耗效应能得到精确的补偿，从而达到稳定的空间孤子的传输。第三，超常材料通常是指人工构造的、具有自然材料所不具备的特性的材料，是当今重大科学前沿之一。我们结合最新的超常介质和传统的非线性光学原理研究了超常介质中光波的非线性传输特性。超常介质与常规光学介质的一个最重要的区别是前者具有色散磁导率。将色散磁导率合并到非线性极化项中，借鉴常规介质中超短脉冲传输方程的推导方法，得到了非线性超常介质中超短脉冲的传输方程。在Drude色散模型下，根据脉冲中心频率的不同在传输方程中出现了可正、可负、可为零的自陡峭系数，以及高阶非线性色散项。此外，利用矩方法对得到的传输方程进行分析，得到了超常介质中超短脉冲传输方程的能量守恒定律表达式，揭示了色散磁导率导致的超短脉冲传输的新特性，发现二阶非线性色散使超短脉冲的能量、脉冲频移、脉冲宽度、中心位置和啁啾都随传输距离呈现振荡式变化。第四，基于我们得到的非线性超常介质中超短脉冲的传输方程，研究了完全相干和部分相干超短脉冲在超常介质中传输的调制不稳定性，着重讨论了由超常介质中色散磁导率导致的非线性色散项对调制不稳定性的影响。推导了部分相干超短脉冲的Wigner-Moyal传输方程，以及发生调制不稳定性的色散关系。首次发现二阶非线性色散在调制不稳定性中的作用在某种程度上与群速度色散的作用是等效的，因此，由于二阶非线性色散的作用，调制不稳定性可以发生在其他不可能发生的情况，例如在正常色散情况下。7.期刊论文李爱萍.郑义.张兴坊.孙启兵.李坤.LIAi-ping.ZHENGYi.ZHANGXing-fang.SUNQi-bing.LIKun反常色散区抽运光子晶体光纤产生的超连续谱-激光技术2008,32(1)为了研究反常色散区抽运光子晶体光纤产生的超连续谱,采用分步傅里叶方法数值模拟了飞秒激光脉冲在光子晶体光纤反常色散区中的非线性传输和超连续谱产生.结果表明,初始激光脉冲的峰值功率和脉冲初始啁啾对光子晶体光纤反常色散区产生超连续谱形状和带宽是有影响的.这些结论给光子晶体光纤中产生超连续谱提供了参考.8.学位论文张华光子晶体光纤中超短脉冲的产生和传输特性研究2005光子晶体光纤是近年来提出来的一种全新的光纤，它具有传统光纤所无法比拟的特殊的光学特性，如无截止单模、可控色散以及丰富的光学非线性等特性，在全光通信领域具有广阔的应用前景，已成为光纤通信领域的一个研究热点。光子晶体光纤的奇异特性决定了光脉冲在其中的传输特性与传统光纤中有很大区别，本文利用解析和数值模拟的方法研究了光子晶体光纤中的调制不稳定性，用数值模拟方法证明了利用调制不稳定性可以产生超短脉冲序列。此外，用数值模拟方法分析了超短脉冲在光子晶体光纤中的传输特性及超连续谱产生。取得的主要成果如下：第一，光子晶体光纤中光脉冲的传输受多种物理因素的制约，理论分析十分复杂，数值模拟成为重要的分析手段。我们基于光子晶体光纤中光脉冲传输的物理模型自主开发了能模拟光脉冲线性和非线性传输过程的计算机程序，与文献报道的理论和实验结果进行了比对，考核了程序计算结果的正确性。第二，利用线性稳定性分析方法研究了光子晶体光纤中超短脉冲的调制不稳定性，获得了调制不稳定性增益谱的一般表达式，它涵盖了高阶色散、自陡峭、受激喇曼散射等各种高阶效应对调制不稳定性的影响。理论结果表明，只有偶数阶色散对增益谱有影响，且会产生多个新的不稳定区域，而奇数阶色散则不起任何作用；受激喇曼散射效应可以产生新的不稳定区域，且随着功率的增长，新区域会与原有的正常不稳定性区域融合在一起；自陡峭效应对调制不稳定性的增益谱影响很小。利用数值模拟方法验证了理论结果的正确性，并证明利用光纤反常色散区的调制不稳定性可以有效的产生超短脉冲序列。第三，分析了三种具有典型色散曲线分布的光子晶体光纤中超短脉冲的传输特性。数值模拟结果发现，在三类光纤的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，在远离零色散点的具有反常色散曲线的光纤中，受激喇曼散射起主要作用，脉冲的中心波长向长波长方向偏移，出现孤子自频移现象；在近零色散具有反常色散曲线的光纤中，高阶色散起主要作用，出现高阶孤子分裂，脉冲频谱被极大展宽；在远离零色散具有正常色散曲线的光纤中，高阶效应基本不起作用，脉冲波形对称展宽近似成矩形，频谱也对称展宽，但展宽范围小于前面两种情况。9.期刊论文周冰.姜永亮.陈