光子晶體光纖參量放大器與超連續(xù)光源理論與實驗研究.pdf

1、本論文是圍繞以下項目展開的：國家自然科學(xué)基金項目《光子晶體光纖及其在量子通信中的應(yīng)用的研究》(60578043)，北京市共建項目《光子晶體光纖及WDM系統(tǒng)中若干重要技術(shù)的研究》(XK100130637)和《現(xiàn)代通信系統(tǒng)中新型探測技術(shù)與接收模塊的研究》(XK100130737)。 結(jié)合課題的要求和主要目標(biāo)，在對光子晶體光纖(PCFs)傳輸特性研究的基礎(chǔ)上，對其應(yīng)用展開研究。由于光子晶體光纖(PCF)在色散與非線性方面具有普通單模光

2、纖沒有的特性，它能在一個較寬的頻帶內(nèi)保持單模特性，它的零色散點可以在800nm～1600nm之間變化，它的纖芯可以比較小而產(chǎn)生較大的非線性，γ值在850nm處可達到240W-1.km-1。利用它做成有源器件，在光通信中，特別是波分復(fù)用系統(tǒng)中是很有前途的，如寬帶色散補償、光脈沖壓縮、波長變換、超連續(xù)譜產(chǎn)生和光放大器等。本文對光子晶體光纖在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用：如光纖參量放大器技術(shù)、波長變換技術(shù)及超連續(xù)光源方面的應(yīng)用進行了理論與實驗研究。光

3、纖參量放大器是即摻鉺光纖放大器(EDFA)、拉曼放大器(RA)及半導(dǎo)體光放大器(SOA)后出現(xiàn)的一種光放大器，光纖參量放大器以其高增益、寬帶寬等優(yōu)點，應(yīng)用潛力非常廣泛，發(fā)展?jié)摿薮?；波長變換則是全光網(wǎng)及光交換過程中的關(guān)鍵技術(shù)之一，利用這一技術(shù)可以實現(xiàn)在線開關(guān)等全光操作過程；超連續(xù)光源則是基于超連續(xù)譜的寬帶波長可任意提取的超寬帶光源，它提供了一種在很寬的光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生超短脈沖的非常經(jīng)濟的技術(shù)和方法，從而作為新一代多載波光源受到業(yè)界廣泛關(guān)注

4、。本文的主要工作與創(chuàng)新點(黑體部分)介紹如下： 1.利用色散平坦光子晶體光纖構(gòu)建了光纖參量放大器，完成了光子晶體光纖中的參量放大器實驗，實驗中觀測的增益帶寬為28nm。理論上分析了光子晶體光纖參量放大器的增益特性、相敏特性和帶寬特性，數(shù)值模擬分析了光子晶體光纖的非線性系數(shù)、色散、泵浦功率以及光纖長度等參數(shù)對參量放大的增益和帶寬的影響。 2.利用光纖中的四波混頻進行了波長變換的實驗研究，成功進行了1550nm波長附近的波長

5、變換，實際測量波長變換帶寬為3dB帶寬為28nm，最高轉(zhuǎn)換效率為-26dB，同時也實現(xiàn)了全光頻移型的光開關(guān)操作。 3.詳細(xì)介紹了光子晶體光纖的幾個突出優(yōu)點：單模傳輸特性、高非線性效應(yīng)、可控色散特性和雙折射特性。在此基礎(chǔ)上，討論了光子晶體光纖在有源器件中的應(yīng)用，同時介紹了它在各應(yīng)用領(lǐng)域中的優(yōu)勢。 4.利用脈寬為1.6ps脈沖，以50MHz被動鎖模光纖環(huán)激光器為光源，在色散平坦光子晶體光纖中進行超連續(xù)譜產(chǎn)生的實驗，當(dāng)泵浦平均

6、功率為26mW時，經(jīng)過光子晶體光纖后得到20dB帶寬為240nm的超連續(xù)譜。同時，系統(tǒng)分析了自相位調(diào)制、四波混頻和受激拉曼散射等因素對光子晶體光纖中超連續(xù)譜產(chǎn)生的影響。 5.以色散平坦光子晶體光纖為非線性介質(zhì)，利用光纖的非線性效應(yīng)，進行了飛秒脈沖產(chǎn)生超連續(xù)譜的實驗。激光器產(chǎn)生120fs的激光脈沖，經(jīng)一段約1米和的普通單模尾纖被展寬為689fs，利用此光源，以波長1550nm為中心波長，獲得了20dB譜寬達480nm的超連續(xù)譜。