基于拉曼自頻移和譜壓縮的全光量化研究.pdf

1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號(hào)，是信息處理系統(tǒng)中的重要器件。隨著數(shù)字化技術(shù)的高速發(fā)展，模數(shù)轉(zhuǎn)換器在高速通信、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、雷達(dá)信號(hào)處理、圖像處理以及空間通信等領(lǐng)域的作用也愈加突出。同時(shí)，人們對(duì)信息處理系統(tǒng)中模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能的要求也日益提高。目前實(shí)際應(yīng)用最廣泛的是電子模數(shù)轉(zhuǎn)換器，但是由于受到電子遷移率的限制，電子模數(shù)轉(zhuǎn)換器在超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換中遭遇電子瓶頸，限制了其性能的進(jìn)一步提高。超導(dǎo)材料模數(shù)轉(zhuǎn)換器要求低溫的工作環(huán)境，這大大限制了其

2、應(yīng)用范圍。而全光模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)可以克服電子模數(shù)轉(zhuǎn)換和超導(dǎo)材料模數(shù)轉(zhuǎn)換的限制，將是未來信息處理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。全光量化是全光模數(shù)轉(zhuǎn)換器的重要組成部分，是全光模數(shù)轉(zhuǎn)換器的重要研究課題。本論文針對(duì)基于拉曼自頻移和譜壓縮的全光量化進(jìn)行了詳細(xì)研究，其主要內(nèi)容可概括為以下幾點(diǎn)：
　　 (1)簡(jiǎn)要介紹了全光模數(shù)轉(zhuǎn)換器和全光量化的研究背景與意義，并回顧了光量化的發(fā)展歷程以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。
　　 (2)構(gòu)建了由高非線性光纖、色散漸增光纖和

3、陣列波導(dǎo)光柵組成的全光量化結(jié)構(gòu)。首先，窄脈寬、高功率的脈沖在高非線性光纖中產(chǎn)生拉曼自頻移效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)功率-波長的轉(zhuǎn)變，是此量化結(jié)構(gòu)的主要部分；自頻移后脈沖經(jīng)過色散漸增光纖時(shí)，譜寬壓縮，可有效提高量化精度；最后，陣列波導(dǎo)光柵用來空間分離譜壓縮后的脈沖，為全光量化的下一步--編碼做準(zhǔn)備。描述了全光量化的數(shù)值分析基礎(chǔ)--廣義非線性薛定諤方程的推導(dǎo)過程，并簡(jiǎn)要介紹了求解廣義非線性薛定諤方程的數(shù)值方法--分步傅里葉法。
　　 (3)采用矩量

4、法求解脈沖參量如脈寬、啁啾、能量、延時(shí)和中心波長頻移量沿傳輸方向的演化公式，來分析脈沖在光纖中的傳輸情況。糾正了J．Santhanam和G．P．Agrawal在推導(dǎo)過程中的錯(cuò)誤，獲得更準(zhǔn)確的表達(dá)式；并針對(duì)在亞皮秒脈沖入射的情況，將修正后的結(jié)果和修正前的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
　　 (4)超短脈沖在光纖中的拉曼自頻移現(xiàn)象是由光纖的拉曼延遲響應(yīng)特性引起的，其自頻移幅度不僅與脈沖特性有關(guān)，還與傳輸光纖有很大的關(guān)系。本文中詳細(xì)研究了亞皮秒脈沖

5、在三種不同光纖（如光子晶體光纖、保偏光纖、普通高非線性光纖等）中產(chǎn)生的拉曼自頻移現(xiàn)象，對(duì)比了不同形狀、不同脈寬、不同峰值功率的脈沖在光纖中發(fā)生拉曼自頻移效應(yīng)后的輸出脈沖，并對(duì)如何選擇合適的工作光纖提出了合理化建議。采用兩根不同的高非線性光纖進(jìn)行了拉曼自頻移實(shí)驗(yàn)，改變?nèi)肷涔β?，獲得140nm的自頻移范圍。
　　 (5)基于拉曼自頻移后形成的拉曼孤子特性，首次詳細(xì)描述了亞皮秒孤子在色散漸增光纖中的譜壓縮過程，并對(duì)比了基孤子在五種不同