光子晶體光纖中級聯(lián)四波混頻效應(yīng)研究.pdf

1、級聯(lián)四波混頻(CFWM)光源由多階的四波混頻(FWM)非線性效應(yīng)的產(chǎn)生而得，此光源在光學(xué)傳感、波分復(fù)用系統(tǒng)、高重頻脈沖序列的產(chǎn)生方面具有非常重要的應(yīng)用價值，相干性較好的CFWM光源在頻率梳的產(chǎn)生方面也具有一定的潛質(zhì)。近年來，隨著高非線性光纖及光子晶體光纖(PCF)的出現(xiàn)，針對光纖中CFWM光源的研究取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。盡管如此，現(xiàn)有的研究成果還存在一些不足：一方面，大部分關(guān)于 CFWM的研究都集中在1.5μm波段，對1μm波段CFWM的

2、研究較少，而1μm波段的CFWM可以為覆蓋可見光和通信窗口的頻率梳創(chuàng)造條件，因此開展1μm波段的CFWM的研究具有重要意義；另一方面，受限于實驗方案本身的不足，現(xiàn)有文獻(xiàn)中所產(chǎn)生的CFWM光譜覆蓋范圍較小，頻率間隔較大?；诖?，本論文采用高峰值功率脈沖光作主泵浦光、低功率連續(xù)光作觸發(fā)光同時泵浦PCF的方案，設(shè)計了一種CFWM光源。并從數(shù)值計算和實驗兩個方面研究了雙波長泵浦、三波長泵浦和更多波長泵浦條件下PCF中1μm波段CFWM的產(chǎn)生。主

3、要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　1.從非線性光學(xué)理論出發(fā)，研究光纖中 FWM產(chǎn)生所滿足的相位匹配條件及其增益，分析了影響增益大小的重要因素。并在此基礎(chǔ)上數(shù)值分析了脈沖在光纖的不同色散區(qū)域泵浦時的非線性增益情況，并得出結(jié)論：雙波長泵浦產(chǎn)生 CFWM時，連續(xù)光波長的選擇應(yīng)根據(jù)單脈沖泵浦時不同的非線性增益位置來決定。此結(jié)論為后續(xù)實驗提供參考。
　　2.在理論和數(shù)值分析基礎(chǔ)上，選擇和搭建適合 CFWM產(chǎn)生的雙波長泵浦源，設(shè)計和選擇三類

4、PCF進(jìn)行實驗和數(shù)值研究：當(dāng)光纖零色散波長大于脈沖泵浦波長時，受激拉曼散射效應(yīng)(SRS)為光譜展寬的主要非線性效應(yīng)，充分利用 SRS和FWM的共同作用，獲得了低頻成分較多的CFWM，波長覆蓋范圍達(dá)300nm，頻率間隔≤13.2THz；利用全正色散PCF，可以產(chǎn)生高相干性的超連續(xù)譜，但此光纖中FWM所要求的相位匹配條件難以滿足，所以此光纖不利于CFWM的產(chǎn)生；當(dāng)光纖零色散波長小于并靠近脈沖泵浦波長時，調(diào)制不穩(wěn)定性(MI)占主導(dǎo)地位，此種泵

5、浦情況非常有利于高頻成分較多的CFWM產(chǎn)生，通過調(diào)整連續(xù)光波長和光纖長度可以獲得不同頻率間隔的CFWM，實驗中實現(xiàn)的CFWM光譜覆蓋范圍可達(dá)~700nm，此范圍為目前所報道的光纖中實現(xiàn)的最大值。
　　3.從數(shù)值模擬和實驗兩方面研究了雙波長泵浦條件下，連續(xù)光觸發(fā)的CFWM對光譜展寬的影響。用不同波長的連續(xù)光進(jìn)行實驗和數(shù)值研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)連續(xù)光加入所觸發(fā)的CFWM只在光纖的反常色散區(qū)產(chǎn)生時，連續(xù)光的加入會促進(jìn)光譜的展寬，當(dāng)連續(xù)光加入所觸發(fā)

6、的CFWM跨越光纖的零色散點(diǎn)進(jìn)入正常色散區(qū)時，連續(xù)光的加入會抑制光譜的展寬；并從數(shù)值上研究了不同波長連續(xù)光加入時，光譜變化情況，總結(jié)出連續(xù)光和MI增益峰的相對頻移與對光譜展寬影響的關(guān)系。
　　4.提出了一束高功率脈沖光和兩束低功率連續(xù)光同時泵浦 PCF產(chǎn)生 CFWM的方案。此三波長泵浦方案所產(chǎn)生的CFWM可分為等間隔和非等間隔兩種：等間隔CFWM相對于雙波長泵浦條件下的結(jié)果具有頻率間隔更小的優(yōu)勢，實驗中獲得頻率間隔最小值達(dá)到477

7、GHz；實驗發(fā)現(xiàn)了一種新的等間隔CFWM物理現(xiàn)象，其任意兩個 FWM峰之間的頻率間隔與泵浦頻率間隔不相等，而是存在一個倍數(shù)關(guān)系，此種類 CFWM在現(xiàn)有文獻(xiàn)中尚未見報道；首次實現(xiàn)了非等間隔包絡(luò)狀CFWM的產(chǎn)生，為 CFWM的研究提供有益的參考。通過數(shù)值仿真分析了更多波長泵浦時 PCF中 CFWM的產(chǎn)生，證明了當(dāng)所有的連續(xù)光中有靠近 MI增益峰加入，并盡可能減小所有泵浦頻率之間的間隔及最小頻率間隔時，連續(xù)觸發(fā)光波長數(shù)量的增加，有利于更小頻率