被动锁模光纤激光器中孤子束缚态动力学特征提取与预测

基于非线性偏振旋转技术搭建了1550 nm波段的被动锁模光纤激光器,结合时间拉伸色散傅里叶变换实时探测技术,对激光器中孤子束缚态动力学进行了测量,并基于自相关算法分析了孤子间距与相位差的演化。同时设计了对孤子束缚态动力学进行特征提取与预测的演化卷积自编码模型,实现了孤子束缚态动力学的特征参数提取以及预测。研究结果为孤子动力学研究提供了新见解,有助于挖掘孤子相互作用的物理机制。

参量驱动型孤子束缚态的形成机制与内部动力学特征

研究非线性参量共振系统中双孤子束缚态的形成机理和内在动力学 ,尤其是孤子的周期“碰撞”行为和相互作用的非线性复杂性 .结果表明 :( 1 )因存在着单阱势 ,同极性双孤子无论相距多远总是相互吸引的 ;它们最终形成振荡型或驻波型孤子束缚态 ;( 2 )束缚态中的每个孤子的动量具有单向性 ,孤子的周期“碰撞”行为实际上是双孤子的不断合并和再生这两个相反过程的动态平衡 ;( 3)在低阻尼的情形下 ,系统内部高频振动模式的激发导致孤子相互作用呈现出一定程度的无规性或混沌性、甚至导致束缚态空间对称性的破损 .

耗散孤子和束缚态脉冲可切换的超连续谱产生

当超短脉冲进入高非线性光纤时,在色散和非线性效应的共同作用下,脉冲频谱中会产生一些新的频率分量,使得输出频谱比输入频谱宽得多。这种光谱被称为超连续谱。超连续谱光源具有光谱范围宽、方向性好、亮度高、空间相干性好等优点。在锁模激光器中,传统孤子、耗散孤子和类噪声脉冲可以作为种子源产生超连续谱。文中,笔者建立了一个NPR被动锁模光纤激光器来产生脉冲激光。然后,添加一段DCF以补偿腔中的色散,从而产生耗散孤子。同时,通过调节腔内PC,可以实现束缚态和耗散孤子的状态切换。输出脉冲经10 m单模光纤压缩后注入部分拉锥后的高非线性光纤以产生超连续谱。实验中,我们得到了脉宽为5.6 ps、重复频率为32 MHz、信噪比为52 dB的耗散孤子锁模脉冲,压缩后的脉冲宽度为868 fs,用作超连续谱产生。超连续谱的覆盖范围约为1 200~2 200 nm,其20 dB谱宽为357 nm。通过调节偏振控制器,实现耗散孤子脉冲与束缚态脉冲之间的切换,束缚态脉冲持续时间为1.4 ps,脉冲间隔为14 ps,信噪比为51 dB,产生1 600~1 870 nm的超连续光谱,20 dB的光谱宽度为135 nm。

色散管理光纤激光器中束缚态孤子动力学演化特性

光孤子脉冲在光纤中传输时由于复杂的非线性相互作用可以形成稳定的孤子束缚态形式,脉冲间的相位关系变化揭示出非线性系统中孤子丰富的动力学特性。通过金兹堡朗道方程描述光孤子在光纤激光器中的传输规律,数值分析了色散管理光纤激光器中系统参量对于束缚态孤子相位突变的影响。研究发现,光纤激光器在相空间中存在多种形式的孤子束缚态,系统的初始状态对于孤子最终状态的演化具有重要的影响。数值分析表明:激光器系统泵浦强度的变化,不仅导致孤子脉冲时间间距的变化,也会导致孤子束缚态的相位差,这对于深入了解光纤中光孤子的动力学过程具有重要的研究意义。

基于时间拉伸色散傅里叶变换技术的孤子建立过程实验观测

在掺铒光纤激光器中,利用时间拉伸色散傅里叶变换技术实验观察了传统孤子和束缚态孤子的建立过程。通过非线性偏振旋转机制实现了飞秒被动锁模脉冲运转,实验结果显示,传统孤子的建立遵循如下过程:首先腔内产生大量随机脉冲,随后小脉冲被压制、主脉冲被有效压窄增强以形成光学孤子,接着快速的孤子自频移形成稳定的孤子运转。束缚态孤子则由单孤子劈裂形成两只孤子,且在运转过程中相互作用,表现为时域上的延迟变化。

腔内滤波带宽对正色散束缚态孤子形成的影响

以被动锁模正色散掺镱(Yb)光纤激光器为研究对象,实验比较研究了激光腔内滤波带宽对产生正色散束缚态孤子的影响。采用高掺Yb光纤作为增益介质,半导体饱和吸收镜作为锁模部件,获得1064 nm全光纤线型腔锁模激光器。当腔内带通滤波器选用不同带宽(0.2,1.0,1.2,2.3 nm)时,观察到不同的皮秒锁模脉冲状态。在滤波带宽较小(0.2 nm)或较大(2.3 nm)时,仅产生稳定的单脉冲耗散孤子;相反地,在滤波带宽适中(1.0 nm或1.2 nm)时,分别观察到典型的相位差为π和-π/2束缚态耗散孤子,脉宽和脉冲间隔均分别为3 ps和14 ps。将束缚态耗散孤子激光通过主控振荡功率放大技术放大至1.4 W后,将其注入到光子晶体光纤中,获得了750~1600 nm超连续谱(10 dB谱宽),输出功率约为0.7 W,相比传统耗散孤子抽运具有更好的光谱平坦性。

<100 fs全光纤束缚态耗散孤子被动锁模激光器

报道了全光纤耗散孤子被动锁模掺铒光纤激光器,通过调节泵浦功率和偏振态可以进一步获得2孤子和3孤子的束缚态耗散孤子。利用反常色散光纤对宽带2孤子束缚态耗散孤子进行脉宽压缩,压缩后的脉宽用双曲正割拟合为96 fs,计算得时间带宽积为0.324,表明其为近转换极限脉冲。宽带光谱的获得得益于腔内的色散管理和碳纳米管可饱和吸收体的大调制深度(20%)。在此基础上,获得了光谱宽度达35 nm的耗散孤子(中心波长为1.57μm),这也是基于碳纳米管产生耗散孤子的最宽光谱。

其它

TN929.1 2000021356非束缚态空间亮孤子的传输稳定性=Propagationof unbounded bright spatial soliton[刊,中]/王超（上海交通大学应用物理系.上海（200240））,陈英礼,陈险峰,李劬（上海交通大学应用物理系.上海（200030））//光学学报.-1999,19（4）.-513-518从理论上研究了主克尔型介质中非束缚态空间亮孤子的传输行为。数值计算结果表明:在主克尔型x（3）+x（5）介质中可以传输非束缚态空间亮孤子。传输稳定性与其背景平面波的横向渐近传播常数q和x（3）,x（5）系数有关,非平凡位相因子在三。

光传输、通信理论

TN915.04 2000010533IP技术对电信网的影响=Study of the influence ofIP technology telecommunication network[刊,中]/邓里文(武汉邮电科学研究院.湖北,武汉(430074))//光通信研究.—1999,(3).—6-12介绍了IP技术的起源与现状,主要研究了IP技术的发展对电信网的各种影响,如电信网终端、接入、交换、传输以及电信网网络的发展等。图4参5(郑锦玉)TN929.1 2000010534光脉冲在光波导中传播的显式时域法=An explicittime-domain method for solving the propagationof the pulse in optical structures[刊,中]/巨振乐,付君眉,冯恩信(西安交通大学微波与光通信研究所.陕西,西安(710049))//电子科学学刊.—1998。

基于全光纤梳状滤波器的被动锁模激光器性能研究

滤波效应对脉冲的形成、波形调控和动态传输有重大的影响。展示了一种以全光纤马赫-曾德尔干涉仪作为紧凑梳状滤波器的多功能掺铥光纤激光器,实现了多波长连续激光输出、多波长锁模激光脉冲输出,在1842~1898 nm光谱范围内可调谐输出单波长锁模激光并同时获得四波长锁模脉冲。采用拉锥技术制备了全光纤微结谐振器,在掺铒光纤激光器腔中,获得了束缚态孤子,且锁模状态可实现从基频状态到谐波锁模的切换。通过调控谐振腔功率以及偏振状态,实现了24阶谐波锁模,其脉冲形态仍是束缚态孤子。实验结果以及数值分析结果表明,滤波效应对脉冲形态有显著的影响。