子晶体光纤非线性光学特性的理论研究

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1、郑州大学硕士学位论文光子晶体光纤非线性光学特性的理论研究姓名：倪娟申请学位级别：硕士专业：光学指导教师：郑义20090501摘要光子晶体光纤(PCF)是一种沿光纤端面存在周期性介电结构排列的特殊光纤，由于其崭新的概念，优异的性能和在光通信、非线性光学、光电子学等领域潜在的应用前景而成为国际光电子行业的热门课题。PCF灵活的结构可调性，使其具有高双折射、可控色散、高非线性等独特性质．尤其PCF独特的非线性特性被广泛应用于参量放大、宽带可调谐波长转换、光纤通信器件、脉冲压缩和相位调制等领域。因此，对PCFj]z线性光学特性的研究具有重要的学术意义和应用价值。本文对光子晶体光纤非线性光

2、学特性进行了理论研究，主要内容如下：1．概述了光子晶体光纤的概念、性能特点及其应用进展，着重介绍了非线性光学方面的应用。2．分类讨论了光子晶体光纤中的三阶非线性效应，着重探讨了多个光波在PCF中相互作用所引起的四波混频及四波混频中相位匹配等问题。3．从波动方程出发，推导了光子晶体光纤中飞秒光脉冲传输的非线性薛定谔方程(NLSE)；利用对称分步傅立叶法对非线性薛定谔方程进行了数值求解，模拟了高阶色散和高阶非线性效应对飞秒光脉冲在PCF中传输的影响；分析了飞秒激光脉冲在不同色散区传输时的时域和频域展宽情况；研究了高阶色散、自陡峭，脉冲内拉曼效应对PCF中超短脉冲的传输以及超连续光谱产

3、生的影响。4．建立了描述四波混频理论的非线性耦合方程组，并牟q用Runge-Kutta法对耦合方程组进行了数值求解；分析了光纤参量放大的增益特性、带宽特性、以及波长转换的转换效率和转换带宽，模拟了光子晶体光纤长度、非线性系数、色散、泵浦波长以及泵浦功率对参量增益和带宽的影响，找出了影响其性能的关键参数．关键词：光子晶体光纤；超连续谱；四波混频；光参量放大；波长转换AbstractPhotoniccrystalfiber(PCF)iSanewkindsilicafiberwithperiodicalstructureinthecladding．1thasattractedagrea

4、tdealofimerestbecauseoftheiruniqueadvantagesforcontrollinglight．Someoftheseadvantagesincludehi【ghbirefringence，highlyadjustableeffectivemodearea，flexibletailorabilityofdispersionandhighnonlinearityetc．Inparticular,thenonlinearpropertyhasbeenappliedinmanyfields，suchasthefiber-opticparametricam

5、plification，widebandtunablewavelengthconversion，opticaiapparatus，laserpulsecompassandphasestabilization．SotheresearchonPCFhasaveryimportantlyacademicandappliedsignificance．Inthisdissertation，thenonlinearpropertiesofPCFarestudied．Themaincontentsarelistedbelow：1．ThegeneralconceptofPCFanditsopti

6、calpropertiesissummarizedsystemicallyThedevelopmentofthestudiesofPCFandtheirapplicationsisintroduced，especiallyontheapplicationsinnonlinearoptics．2．Thethree．ordernonlineareffectsinPCFsarediscussed．Four-wavemixingeffectsgeneratingfromtheinteractionofseveralopticalwavesinPCFandphasematchingi11f

7、ourwavemixingaremainlyinvestigated．3．Basedonlight．waveequations，thenonlinearSchrOdingerequationofthepropagationoffemtosecondlaserpulsesisdeduced．Theinfluencesofhigh-orderdispersionsandnonlinearityontransmissionofthepropagationoffemtosecondlas