光纤中超连续谱的产生与分析施肥机

光纤中超连续谱的产生与分析

光纤中超连续谱的产生与分析 2011： 摘要：利用MATLAB分析光纤中产生的超连续谱谱线展宽情况。结果表明，光纤中超连续谱的产生主要是拉曼自频移、群速度色散、自相位调制和三阶色散效应共同作用的结果。给出了光纤传输过程中增宽谱线的方法。关键词：超连续谱(SC)；拉曼自频移；三阶色散；群速度色散

1 引言 超连续(SC)谱指的是强短光脉冲在通过非线性介质(如光纤)时所形成的极大展宽光谱。超连续谱的产生是指当一束强高峰值功率的光脉冲通过光纤后，透射谱中出现许多新的频率成分，使光谱的宽度展宽远远大于入射脉冲的谱宽。该现象的产生是由于光纤中的自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)等非线性效应和色散以及啁啾等共同作用的结果,受激拉曼散射(SRS)也会引起光谱展宽。同其他用于光纤通信的超短脉冲光源相比，超连续谱具有连续宽带谱、稳定可靠、简单廉价等诸多优点，将在未来的T bit／s波分复用／光时分复用(WDM／OTDM)系统中扮演重要角色。利用光纤中的超连续(SC)谱展宽技术，能够在很宽的光谱范围内同时获得多个高重复率、多波长超短脉冲，是一种有效的超短脉冲光源产生方法。而超短脉冲光源是非线性光学、信息光电子超快光谱和多光子显微镜等诸多应用领域的关键器件，具有广阔的应用前景。 近年来，光纤中的光谱超连续展宽技术已经成为当前热门的研究课题。这里主要分析在不考虑啁啾影响、只考虑非线性效应以及色散效应的情况下脉冲在光纤中传输导致的频谱展宽。

2 基本原理 光纤中的非线性薛定谔方程：

脉冲在光纤中的传输过程中考虑到其色散以及非线性效应的影响，采用分步傅立叶方法对此方程求解。 为使孤子中的非线性薛定谔方程归一化，可引入3个无

式中:P0是γ脉冲峰值功率，T0是入射脉冲宽度。参量N定义为：

式中：LD是色散长度，LNL是非线性长度，忽略了光纤损耗。孤子阶数Ⅳ是整数，发射Ⅳ阶孤子所需的峰值功率是基态(N=1)孤子所需功率的N2倍。 还存在以下关系式：

式中：Bmax是超连续谱的最大宽度(FWHM)；Lfopt是达到最大谱宽时的最佳光纤长度；T0是初始脉宽；γ是光纤非线性系数；D是泵浦波长处的光纤色散值。

3 基本分析 利用MATLAB语言编写程序，采用分步傅立叶方法求解光纤中的非线性薛定谔方程，绘制出图1~图8。

(1)光孤子阶数、光纤传输距离、自频移、三阶色散对频谱展宽的影响见图1~图5。 (2)自频移和三阶色散共同作用对频谱展宽的影响见图6~图8。

4 结论 在光纤传输的超连续谱展宽过程中，光孤子阶数、光纤传输距离、色散(包括群速度色散GVD和三阶色散TOD)和非线性效应(自频移效应和自相位调制等)具有重要作用。这里从光脉冲在光纤中传输的非线性薛定谔方程出发，利用MATLAB数值计算工具编写并运行程序，通过改变程序中相关参数(自频移系数、正负三阶色散系数、光纤传输距离、光孤子阶数等)，绘制出相关图形，观察各种因素对频谱展宽的影响。在仅考虑光孤子阶数、光纤传输距离、三阶色散和自频移效应的情况下，得出结论：①随着光孤子阶数的增大，谱宽有增宽的趋势；②光纤距离影响谱宽展宽。光脉冲在光纤内传输时存在一个最佳展宽点，在这点处得到的谱宽最宽：③正负三阶色散都不利于频谱的展宽。正三阶色散系数越小则谱宽越宽，负三阶色散系数绝对值越小谱宽越宽，没有三阶色散时谱宽比较大；④自频移系数越小谱宽越窄，没有自频移时谱宽要窄一些。 由此可知，在不考虑其他因素的情况下，光纤传输过程中尽可能地减小三阶色散效应，适当添加自频移效应，提高光孤子阶数，即在整段光纤的最佳展宽点处得到较宽谱线。

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