基于色散渐减非线性氮化硅光波导的超短脉冲传输特性研究

论文摘要

超短脉冲在光信息处理、高速光通信系统、光学成像等许多领域有着重要应用。基于光纤的色散和非线性效应实现光脉冲压缩和自相似抛物线脉冲产生的相关研究已经比较成熟。近年来,非线性集成光波导由于非线性系数较大,体积较小从而便于实现集成化超连续谱光源,研究者们开展了基于硅基非线性集成光波导的相关研究。但是硅在1550nm波段具有严重的双光子吸收效应,影响非线性效率,而氮化硅的双光子吸收效应较弱,波导损耗也较小。本文主要研究了超短脉冲在色散渐减氮化硅光波导中的传输特性,利用反常色散渐减波导实现光脉冲压缩,利用正常色散渐减波导实现自相似抛物线脉冲产生。本文主要的研究内容及创新点如下:1.对多模氮化硅光波导进行仿真设计,基于可实现工艺参数对多模氮化硅光波导的准TE基模的色散特性进行正常色散和反常色散调控设计。2.根据自相似孤子脉冲压缩原理,基于仿真得到的反常色散曲线,对脉冲压缩进行仿真研究,通过改变脉冲宽度和波导传输长度确定较佳的波导设计参数,并研究了高阶色散对脉冲压缩的影响。研究了色散值线性渐减和抛物线渐减两种函数型色散渐减情况下的脉冲压缩效果。对工艺可实现的40cm长的氮化硅光波导沿传输距离进行离散化分段设计,获得每个分段的色散、高阶色散等参数,并进行脉冲压缩仿真。3.根据自相似抛物线脉冲产生的原理,将色散渐减等效为增益,基于正常色散渐减波导近似实现自相似抛物线脉冲产生。研究了双曲正割脉冲在正常色散渐减氮化硅光波导中的传输特性,获得自相似抛物线脉冲产生。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 超连续谱产生的研究现状及应用
•   1.2 氮化硅的光学特性
•   1.3 基于非线性光学的脉冲压缩及抛物线脉冲产生
•     1.3.1 基于非线性光学的脉冲压缩技术
•     1.3.2 基于非线性光学的抛物线脉冲产生
•   1.4 论文的结构安排
• 2 光脉冲在非线性介质中的传输特性
•   2.1 波导中脉冲传输的非线性薛定谔方程
•   2.2 非线性薛定谔方程的数值解法
•   2.3 色散和非线性效应对脉冲传输特性的影响
•   2.4 本章小结
• 3 自相似孤子脉冲压缩研究
•   3.1 自相似孤子脉冲压缩原理
•   3.2 氮化硅光波导的色散调控设计
•     3.2.1 氮化硅波导色散调控
•     3.2.2 氮化硅波导长度选择
•   3.3 高阶色散和脉冲宽度对脉冲压缩的影响
•     3.3.1 高阶色散对超短脉冲的影响
•     3.3.2 输入脉冲宽度的影响
•   3.4 脉冲在反常色散渐减氮化硅波导中的传输特性
•     3.4.1 脉冲在线性函数型色散渐减波导中的传输特性
•     3.4.2 脉冲在类抛物线函数型色散渐减波导中的传输特性
•     3.4.3 氮化硅波导的设计仿真
•   3.5 反常色散渐减氮化硅波导中的超连续谱产生
•   3.6 本章小结
• 4 基于色散渐减的自相似抛物线型脉冲研究
•   4.1 正常色散渐减波导中自相似抛物线脉冲产生
•     4.1.1 无源光波导中自相似抛物线脉冲产生理论模型
•     4.1.2 基于正常色散渐减波导的自相似抛物线脉冲产生
•   4.2 初始脉冲参数对自相似抛物线脉冲产生的影响
•     4.2.1 输入脉冲峰值功率对自相似抛物线脉冲产生的影响
•     4.2.2 输入脉冲宽度对自相似抛物线脉冲产生的影响
•   4.3 基于氮化硅波导的设计
•   4.4 本章小结
• 5 结论
•   5.1 结论
•   5.2 不足与展望
• 参考文献
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张琪昱

导师: 冯素春

关键词: 氮化硅波导,色散渐减,脉冲压缩,自相似抛物线脉冲

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 北京交通大学

分类号: TN252

总页数: 81

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