耗散孤子的非线性传输特性及高非线性聚合物光纤的制备研究

论文摘要

随着光纤技术和激光技术的不断发展,低损耗光纤和高能量、超短脉冲相结合促进了非线性光纤光学的快速发展,成为了一大研究热点。研究者们广泛的关注超短脉冲在光纤中传输后的一些新奇现象,如色散波的产生、拉曼自频移,超连续谱产生等,其中对于耗散孤子脉冲,研究者们一直在研究提高耗散孤子的脉冲能量,很少有专门研究耗散孤子特有的光谱演变,为此我们对耗散孤子脉冲在单模光纤中的非线性传输特性进行了实验和数值的研究。相比于固芯光纤,空芯光纤不仅是一种优秀的脉冲传输介质,而且其灵活设计的空气孔结构也成为材料填充的理想载体,将具有不同物理特性的功能材料填充到空芯光纤的空气孔,已在非线性光纤光学、光纤传感、化学、生物检测、随机激光器件等领域上有着重要的运用,成为近几年来光纤光子器件方面的一大研究热点,基于此我们对光致聚合物填充空芯光纤进行了实验研究。本论文的主要内容如下:(1)超短脉冲在光纤中非线性传输特性研究中,利用掺镱大模场面积光子晶体光纤激光放大系统输出的耗散孤子脉冲,从实验和理论两方面研究了脉冲在单模光纤中传输后的光谱偏振相关特性。在实验上,由于耗散孤子产生的M形光谱具有两个尖锐的峰和陡峭的边缘,脉冲在传输过程中M形光谱的两边可以演变为具有较大调制深度的谷。通过改变入射脉冲的偏振态,可以实现对两边谷的调制深度的调谐。在理论上,通过模拟仿真充分解释了这一机理,并将其归因于非线性双折射引起的交叉相位调制效应。同时脉冲在单模光纤中传输一段距离后,可以使用带通滤波器滤出两个深谷之间的频谱,实现输入脉冲的再现。(2)光致聚合物填充空芯光纤的实验研究中,首先利用现有文献报道的填充方法,实现了材料对不同空气孔结构的空芯光纤的完全填充和选择性填充。其次利用光致聚合物填充不同空气孔直径的空芯光纤,分析和总结了填充过程中存在的填充不连续和不均匀的问题,实现了光致聚合物在空芯光纤中均匀和连续的填充,达到了较高的光传输效率。最后将超连续白光耦合到了填充光致聚合物的不同空气孔直径的空芯光纤里,在实验中发现了一些新奇的实验现象,并进行了初步的探索和对结果进行了初步的分析。这项工作为我们后续开展集成多种功能材料的复合光纤的实验研究奠定了良好的实验基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 非线性光纤光学概述
•   1.2 基于功能材料填充空芯光纤的实验概述
•   1.3 论文主要研究内容和创新点
• 第2章 脉冲在光纤中非线性传输的基本理论
•   2.1 脉冲在光纤中的传输
•     2.1.1 脉冲在光纤中传输的基本方程
•     2.1.2 非线性薛定谔方程
•   2.2 光纤中的色散和自相位调制效应
•     2.2.1 群速度色散
•     2.2.2 自相位调制效应
•   2.3 光纤中的偏振效应
•     2.3.1 光纤中偏振的产生
•     2.3.2 非线性双折射的起源
•     2.3.3 耦合模方程
•   2.4 本章小结
• 第3章 耗散孤子M形光谱非线性演变研究
•   3.1 全正色散锁模光纤激光器
•     3.1.1 非线性偏振旋转锁模
•     3.1.2 全正色散锁模激光器
•   3.2 耗散孤子M形光谱非线性演变研究实验装置
•   3.3 实验结果
•   3.4 数值模拟及分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 光致聚合物填充空芯光纤实验研究
•   4.1 材料填充空芯光纤方法
•     4.1.1 完全填充法
•     4.1.2 选择性填充法
•   4.2 光致聚合物的制备
•   4.3 光致聚合物填充空芯光纤
•     4.3.1 空芯光纤填充光致聚合物
•     4.3.2 填充光致聚合物的光纤端面、侧面表征
•   4.4 填充光致聚合物的空芯光纤光传导实验研究
•     4.4.1 实验装置
•     4.4.2 光致聚合物填充内径19μm毛细管的光传导实验研究
•     4.4.3 光致聚合物填充内径75μm毛细管的光传导实验研究
•   4.5 工作展望
•   4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘建武

导师: 方晓惠

关键词: 非线性光纤光学,耗散孤子,空芯光纤填充,光致聚合物

来源: 北京工业大学

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: 北京工业大学

分类号: TN253

DOI: 10.26935/d.cnki.gbjgu.2019.000585

总页数: 71

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