光子晶体光纤中自相位调制效应对超高斯脉冲传输的影响

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2、超高斯脉冲传输的影响光子晶体光纤中自相位调制效应对超高斯脉冲传输的影响第36卷第12期2007年12月光子ACTAPH()ToNICASINICAVo1.36No.12December2007光子晶体光纤中自相位调制效应对超高斯脉冲传输的影响*朱伟明,姚端正,陈苏(武汉大学物理科学与技术学院,武汉430072)摘要:为了研究光子晶体光纤的微结构对其非线性光传输特性的影响,利用超格子法和光子晶体光纤中的光传输方程,计算了光子晶体光纤中的高斯光脉冲和超高斯脉冲的自相位调制谱.计算结果表明:高斯光脉冲和超高斯光脉冲的高频端比低频端

3、均有较大的频谱展宽,而高斯光脉冲的频谱比超高斯光脉冲的频谱具有更大的中心峰值;超高斯光脉冲较高斯光脉冲有较广的频谱范围,它们的自相位调制展宽范围均随着传输距离的增加而增大.这些现象均可以利用自陡峭效应的理论加以解释.与传统光纤相比,高斯光脉冲在传统光纤中所受自相位调制效应的影响较小.关键词:光子晶体光纤;有效截面积;自相位调制光谱;超高斯光脉冲中图分类号:TN248.1文献标识码:A文章编号:1004—4213(2007)12—2252—40引言光子晶体光纤也被称为空气孔径光纤或微结构光纤].其折射率在横截面上周期性变化.研

4、究表明,由于有效截面积r2相对较小,即使在非线性折射率相同的情况下,光子晶体光纤中的非线性系数至少比普通光纤大三倍.因此光子晶体光纤中大部分的非线性效应都较普通光纤有显着的提高.按其结构和光传输机制来分,光子晶体光纤可以分成两类:全内反射光子晶体光纤(TotalInternalReflection—PhotonicCrystalFiber,TIR—PCF)以及光子禁带光子晶体光纤(PhotonicBandGap—PhotonicCrystalFiber,PBG—PCF).近几年来,光子晶体光纤在光传输方面的应用潜力吸引了越来

5、越多的研究者的关注].特别是超连续谱L5以及孤子效应在光子晶体光纤中的应用.研究表明:这些效应都与光子晶体光纤中的自相位调制效应l6]相关.自相位调制效应反映了光脉冲在非线性介质中传输时光强与折射率之间的关系.本文利用超原胞法计算了光子晶体光纤的非线性系数,并且利用这一结果计算了光子晶体光纤中高斯脉冲和超高斯脉冲的自相位调制谱随传输距离的演化趋势.1理论与计算光纤中的光传输方程L8为武汉市科技局基金(1320017010121)资助“Tel:027—68752481—8651Email:dzyao@whu.edu.cn收稿日

6、期:2006—04—07豢+号A+孚券一譬器--iy+i(1AlA—A)(1)式中A为慢变振幅,忽略色散(』92一届一0)以及光纤损耗(口一0)的影响,方程(1)可以写为+亘一ilulzU(2)十—lul(z式中S为自陡峭系数,r和U分别为归一化脉宽和归一化振幅r—T一—t--—z～~vg(3)‘T0T0～A(z,r)一~/Poeaz/2U(z,r)(4)z为脉冲传输距离,令一0,并且如下定义归一化传输距离ZZ—z/LN1.(5)式中LNL一1/yP.(6)),为光子晶体光纤的非线性系数.P.为初始峰值强度,非线性系数),可

7、定义为),一一n2Z一~r(7)cAffAff…式中”为非线性折射率系数,为入射光频率,C为光在真空中的光速.光子晶体光纤中有效截面积的表达式为[』』lE(x,)ldxdy-]Aff一三————————一(8)』』lE(x,)ldxdy式中E(x,)为光子晶体光纤的模式分布函数.将et(,)ze(,y)Ax+e(,)用厄米一高斯函数展开并求解其本征矢波动方程,可以得到式12期朱伟明,等:光子晶体光纤中自相位调制效应对超高斯脉冲传输的影响2253(8)的解析表达式]2E~oJ∑￡dl2]一0)-~r=I…)式(13)和(14)

8、的通解分别为I(Z,r)=_厂(r一3slZ)(15)(Z,r)…g(rslZ)了T(16)考虑高斯脉冲的情况(z,T)--(一)=一T2十1ctan(麦)(18)当Z—z一0时,得到I(0,r);_厂(r)=exp(一r/2)(19)(0,r)三g(r)一÷一0(20)利用式(15)和(