光子晶体光纤中色散波产生及特性分析

《光子晶体光纤中色散波产生及特性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2008年lO月湘南学院学报Oct．，2008第29卷第5期JournalofXian4gnanUniversityV01．29No．5光子晶体光纤中色散波产生及特性分析董辉，雷大军，姚敏，黄家敏(湘南学院物理系，湖南郴州423000)摘要：基于光子晶体光纤中脉冲演变遵循的非线性演化方程，用数值方法研究了三阶色散为负的情况下色散波的产生及其特性．当三阶色散为负的情况，孤子在长波长方向不断地辐射出色散波，由于色散波处于正常色散区而被展宽，在时域上表现为很宽的基底．关键词：光子晶体光纤；色散波；时频中图分类号：0421．5文献标识码：A文章编号：1672—8173(2008)05—0046—0

2、41引言光子晶体光纤又称多孑L光纤或微结构光纤_1j．是在石英光纤中沿轴向周期性排列着波长量级空气孔结构的新型光纤．与常规的光纤相比，光子晶体光纤最吸引人的特点是无截止单模特性，即合理的结构设计能使光子晶体光纤具备在所有波长上都支持单模传输能力，这个特性与绝对尺寸无关，缩小或放大光纤截面都还可以保持单模传输．光子晶『本光纤的另一个重要特点是它具有可控的色散特性cit—bf，能够在可见光波段具有零色散甚至能够出现负色散，同时保持单模传输，这是传统光纤所无法做到的，它为短波长光孤子传输提供了可能性；光子晶体光纤第三个重要特点是丰富的非线性效应eit．bf，通过减小光子晶体光纤的模式面积，可以极

3、大地增强光纤中的非线性效应，这表明可以根据实验需要来设计光纤截面，从而对光子晶体光纤的非线性效应强度进行有效控制．由于光子晶体光纤和普通光纤相比有许多突出的优点，因此，光子晶体光纤在光通信领域有着非常重要的应用，可用于高能量、长距离传输．除此之外，光子晶体光纤还被广泛应用于光学的各个领域，例如光开关、波长转换、可调滤波器、高功率光纤激光器、高功率孤子传输和传感器技术等等．由于光子晶体光纤的这种微结构从根本上改变了传统光纤的许多传输特性，所以在此后的几年里，光子晶体光纤受到了广泛的关注，迅速成为一个热点研究领域，引起了广大学者的兴趣．其中，超连续谱的产生是光子晶体光纤众多应用中最激动人心的一

4、个非线性光学现象j．由于光子晶体光纤具有独特的波导特性，允许所设计的光纤具有高的非线性系数和可控的零色散点．高的非线性系数和适当的色散条件是产生超连续谱的前提．在光子晶体光纤中产生超连续谱需要的光强至少比传统光纤中需要的光强度低两个数量级，同时所需光子晶体光纤的长度也非常短，因此光子晶体光纤与传统光纤相比更容易产生超连续光谱，是超连续谱产生的理想载体．光子晶体光纤中超连续谱产生的机制非常复杂，不仅光子晶体光纤结构、高阶色散、自相位调制、交叉相位调制、高阶孤子分裂、四波混频等因素会对超连续谱产生重要影响，并且脉冲的初始参数如脉冲的功率、宽度、中心频率以及是否有初始噪声等对超连续谱的质量也会有

5、很重要的影响l_2J．而在超连续谱产生的过程中，由于高阶色散的扰动，脉冲在光纤中传输的同时会辐射出色散波l4]．由于色散波的产生及其作用非常复杂，简单的时域和频域的方法就不再适用于分析色散波的特性，这时就需要时频的分析方法．收稿日期：2008—08～12基金项目：湖南省教育厅2008年优秀青年基金资助项目；湖南省教育厅资助科研项目(07C721)作者简介：董4~(1978一)，女，湖南郴州人，湘南学院物理系讲师，研究方向：光通信及软件容错与数值分析·6·2理论模型及其数值求解算法光子晶体光纤中的脉冲传输可以用归一化非线性薛定谔方程描述为l_2J：鲁=馨¨[·+』woOt]【A卜号A(1)式

6、中(，￡)是慢变振幅，是损耗，卢1：1／v与脉冲群速度有关，(k≥2)是各阶色散参量，7是非线性参量，是脉冲中心角频率．R(t)是响应函数，函数形式如下：R(t)=(1一)(t)+(t)(2)式中，表示延时喇曼响应对非线性极化的贡献，利用已知的峰值喇曼增益数值，可以算出约为0．18．．喇曼响应函数h(t)表达式可写成：hR()：’±‘e印(一t／r2)sin(t／v1)(3)参数r和r2是两个可调节的参数，适当地选取以适合实际的喇曼增益谱线；通常使用的数值是r1=12．，T2：32．方程(1)右边第1项表示各阶色散效应对脉冲传播的影响，第2项表示自相位调制、自陡峭、脉冲内拉曼散射效应的作用

7、，第3项表示损耗．方程(1)在即使不满足慢变包络近似的情况下也是成立的，若将足够高的色散项包括进来，它还能适用于几个光学周期的超短脉冲．在计算中，通过变换：T：t—z／vgit—1z(4)引入以群速度％移动的参考系(即所谓的移动坐标系)，并引入以下归一化参量：r=去，==：借㈥其中，是脉冲光强度峰值的1／e处半宽度．Ⅳ的整数值的物理意义与孤子阶数相联系，N=1时对应基阶孤子，当N>1时对应着高阶孤子．输入脉冲为双曲正割脉