微納光纖脈沖壓縮器的理論研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著器件設(shè)計(jì)理論的完善和制備工藝技術(shù)的迅速發(fā)展，微型化已經(jīng)成為光電子器件的重要發(fā)展趨勢(shì)。微米乃至納米量級(jí)的光子器件能夠成功制造得益于成功制備了低損耗的微納光纖。合理設(shè)計(jì)的微納光纖具有大的非線性系數(shù)，而且其色散比常規(guī)光纖大干余倍，這些特性為研究微型、高效的光脈沖壓縮器提供了可能。本文基于微納光纖來(lái)設(shè)計(jì)全光纖脈沖壓縮器，并對(duì)微納光纖脈沖壓縮器的特性進(jìn)行了數(shù)值模擬及理論研究，為實(shí)現(xiàn)微納尺度光脈沖的有效壓縮奠定了理論基礎(chǔ)。本文主要研究?jī)?nèi)

2、容如下：
　　 首先，基于光纖模式理論，理論上研究了微納光纖的傳輸特性。根據(jù)微納光纖的兩層圓柱理論模型，利用麥克斯韋方程組和邊界條件，主要研究了其模場(chǎng)分布、傳播常數(shù)、單模條件、非線性參數(shù)、波導(dǎo)色散以及傳輸效率等重要的參數(shù)。
　　 其次，系統(tǒng)研究了高階非線性效應(yīng)，包括脈沖內(nèi)拉曼散射、三階色散效應(yīng)以及自陡效應(yīng)對(duì)微納光纖脈沖壓縮的影響程度。數(shù)值模擬的結(jié)果表明，在這三種高階非線性效應(yīng)當(dāng)中，脈沖內(nèi)拉曼散射對(duì)單晶硅微納光纖中脈沖壓縮

3、的影響幾乎可以忽略，三階色散效應(yīng)對(duì)脈沖壓縮的影響很小，當(dāng)孤子階數(shù)比較低時(shí)其影響也是可以忽略的，而自陡效應(yīng)相比拉曼和三階色散效應(yīng)而言對(duì)脈沖壓縮的影響則略大一些。
　　 最后，基于單晶硅微納光纖，研究了在兩種不同的脈沖壓縮方法下芯徑大小變化對(duì)脈沖壓縮特性的影響。由于在現(xiàn)有的光纖拉制工藝條件下，很難實(shí)現(xiàn)高精度微納光纖的制備，難以避免在芯徑大小上出現(xiàn)小范圍的誤差。因此基于單晶硅微納光纖處在反常群速度色散區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)孤子效應(yīng)脈沖壓縮以及處在

4、正常群速度色散區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)啁啾脈沖壓縮的特性，我們研究了在這兩種不同的脈沖壓縮方法下芯徑大小的波動(dòng)對(duì)脈沖壓縮特性的影響，其中脈沖壓縮特性包括壓縮因子、質(zhì)量因子以及最佳光纖長(zhǎng)度。當(dāng)利用孤子效應(yīng)進(jìn)行脈沖壓縮，芯徑大小在350nm的基礎(chǔ)上增加5％時(shí)，對(duì)脈沖壓縮特性幾乎都沒(méi)有影響，但是當(dāng)芯徑減小3％時(shí)就明顯影響了脈沖壓縮器特性的穩(wěn)定。對(duì)于負(fù)啁啾脈沖壓縮，脈沖的壓縮因子隨直徑增大而增大，當(dāng)直徑大于300nm后開(kāi)始減小，質(zhì)量因子和最佳光纖長(zhǎng)度的變化