慢波增強的光纖非線性效應及其傳輸性能研究.pdf

1、光纖非線性放大是基于光纖非線性效應來放大光信號的技術，其中傳統(tǒng)的光纖參量放大器需要比較長的光纖作增益介質,而且需要較高的泵浦功率。本論文提出使用慢光驅動（泵浦）增益介質——雙周期性超結構光纖,可以大大加強泵浦波和信號光與增益介質的非線性相互作用,從而提高信號增益,或在相同增益的條件下所需要的泵浦功率降低,或在相同增益和泵浦功率的條件下所需要的增益介質長度縮短，這對于推動大容量光傳輸系統(tǒng)和網絡以及集成光子器件的發(fā)展具有重要意義。然而，慢光

2、傳輸往往伴隨著明顯的色散效應，作用在傳輸脈沖上使其發(fā)生展寬甚至失真。本文提出利用超結構光纖的非線性特性，使脈沖以慢光孤子的形式在光纖中無色散傳輸，并且能夠通過調節(jié)結構參數(shù)或光源功率對光脈沖的時延進行調節(jié)，這對于慢光超短脈沖在未來寬帶長距離傳輸系統(tǒng)的應用非常重要。 本論文的主要研究內容如下： 第一章為緒論，首先介紹了光纖光放大器（FOPA）的研究發(fā)展和基本原理，重點分析了單泵浦FOPA的參量增益；然后給出了光子晶體的概念、

3、理論基礎和應用價值，為后文的研究內容以及創(chuàng)新工作做了理論鋪墊。 第二章的研究對象為傳統(tǒng)的光纖參量放大器，首先為單泵浦FOPA建立了數(shù)學模型，并在模型中計入了拉曼效應；然后設計了以FOPA為中繼放大器的WDM長距離傳輸系統(tǒng)并進行系統(tǒng)仿真。在仿真中，通過調節(jié)光纖跨距以及中繼放大器的個數(shù)來改變傳播距離，并且采用端對端均衡來改善系統(tǒng)性能。在保證系統(tǒng)傳輸特性得到滿足的條件下得出傳播距離最長且傳播特性最佳的光纖跨距長度，最后對三種放大器（F

4、OPA、EDFA、FRA）在WDM長距離傳輸系統(tǒng)中的性能做了比較。 第三章的研究對象是在普通光纖的基礎上設計的雙周期非線性超結構光纖，通過使用平面波展開法和時域有限差分法對其非線性特性的表征之一——三次諧波產生過程（THG）進行仿真計算，并將把仿真結果與均一材料制成的普通光纖進行比較。然后在一些基本的假設條件下探索了超結構光纖中THG過程的數(shù)學模型并分析對其產生作用的各種參數(shù)。最后分析了超結構光纖在 THG 過程中的頻率轉換效率

5、和THG效率。 第四章首先對第三章中所設計的雙周期非線性超結構光纖的參量放大增益建立了數(shù)學模型。然后對其信號參量增益進行了仿真數(shù)值計算和數(shù)學模型探索，并與普通光纖和單周期的光子帶隙結構光纖進行了比較。最后對周期光纖的輸入端設計了Taper結構，將其與作為增益介質的非線性周期性結構耦合起來，以此改善慢光在非線性周期性結構中反射較大的問題。 第五章考慮到制備的可行性，首先對第三、第四章中所采用的超結構光纖做出了設計調整，提出

6、了新的設計方案和參數(shù)，以求在缺陷模上找到群速度足夠小的頻率點。然后對超結構光纖中傳輸?shù)墓夤伦舆M行了時域仿真，以觀察脈沖時延和時寬，并對非線性系統(tǒng)和線性系統(tǒng)中的脈沖傳輸形態(tài)進行比較，從而說明超結構光纖可以支持光孤子在其中無色散傳輸。 第六章對全文的結論和創(chuàng)新點進行了總結，并提出了未來的研究重點。 本論文中的理論分析和仿真結果均表明：當缺陷微腔中的耦合效應以及慢光效應對參量增益帶來的正面影響在一定程度上超過波矢失配給增益帶來