Adaptive split-step Fourier method for simulating ultrashort laser pulse propagation in photonic crystal fibres

In this paper, the generalized nonlinear Schrodinger equation （GNLSE） is solved by an adaptive split-step Fourier method （ASSFM）. It is found that ASSFM must be used to solve GNLSE to ensure precision when the soliton selffrequency shift is remarkable and the photonic crystal fibre （PCF） parameters vary with the frequency considerably. The precision of numerical simulation by using ASSFM is higher than that by using split-step Fourier method in the process of laser pulse propagation in PCFs due to the fact that the variation of fibre parameters with the peak frequency in the pulse spectrum can be taken into account fully.

三维VTI介质中波动方程深度偏移的最优分裂Fourier方法

从含Thomsen各向异性参数的qP波相速度表示式出发,建立并求解三维VTI介质中的频散方程,得到三维VTI介质中的相移算子,进而将以相移算子为基础的最优分裂Fourier方法推广到三维VTI介质,发展了一个三维VTI介质的深度偏移方法.文中使用的各向异性介质的速度模型与现行的各向异性构造的速度估计方法一致,将各向同性、弱各向异性及强各向异性统一在一个模型中.文中提出的偏移算法对相移法引入了高阶校正项来补偿介质横向变化的影响,使该方法可应用于横向非均匀VTI介质的陡角度成像,文中给出的偏移脉冲响应很好地证明了这一点.

复杂断块地震资料裂步Fourier真振幅叠前深度偏移

为了满足岩性油气藏、复杂断块等隐蔽油气藏勘探的迫切需求,需要获取高保真、高精度地震资料。由于传统的单程波方程叠前深度偏移只能反映波的运动学特征,并不能反映其动力学特征,因此不能保持真振幅特性。为此在裂步Fourier偏移中分别引入不同的真振幅校正算子,对传统的偏移算子进行补偿校正,并对成像条件进行改进。高保真裂步Fourier法叠前深度偏移具有较好的保幅特性,使振幅能够准确反映地下介质的反射系数序列,便于后续的更具地质意义的AVO-AVA分析、岩性解释等。实际工区应用结果表明该方法是一种稳定、快速、有效的叠前深度偏移方法,具有良好的应用潜力。

基于裂步Fourier法的探地雷达数值模拟及偏移成像

从电磁场基本理论出发,利用裂步Fourier法推导出了水平层状介质中频率—波数域电场分量的波场外推公式,通过对设计的钢筋展布模型和衬砌厚度模型的数值模拟和偏移成像结果分析可以得出:裂步Fourier法不但可以实现二维非均匀介质中探地雷达正演模拟及偏移成像,而且具有编程易于实现、计算量小的优点。通过工程实例验证,进一步说明了裂步Fourier法偏移成像的有效性和实用性。

可提升被动锁模光纤激光器计算效率的分步傅里叶全局误差局部能量法

本文提出了一种提高被动锁模光纤激光器计算效率的方法,该方法由对称分步傅立叶方法(SSFM)和全局误差局部能量(GELE)方法组成。该方法可将与全局误差相关的局部能量增量限制在一定范围内来控制步长。该方法具有自动步长调整机制。达到同程度的计算精度,本文方法的计算时间为255 s,而小的恒定步长SSFM方法需要3 855 s。这表明本文方法可以将计算效率提高10余倍。本文方法还可以通过RK4IP、Adams、预测-校正等高阶算法进行扩展,以提高精度。

激光泵浦碲化物产生中红外超连续谱数值模拟

对2μm波段脉冲激光泵浦碲化物光子晶体光纤产生中红外超连续谱进行了数值研究。通过材料的拉曼增益谱间接求得了对应的拉曼响应函数;由光子晶体光纤的材料折射率和波导结构,通过COM-SOL软件获得了碲化物光子晶体光纤中基模等效折射率,计算了相应的色散曲线和限制损耗;利用自适应的分步傅里叶算法,模拟了中心波长为1.96μm、峰值功率为20kW的50fs脉冲光泵浦碲化物光子晶体光纤时超连续谱的产生,当光纤长度为6cm时,产生的中红外超连续谱波长范围为1.0～4.5μm。

皮秒脉冲在光子晶体光纤中的压缩效应

为了研究初始啁啾和初始输入功率对脉冲压缩的影响,运用对称分步傅里叶方法数值模拟了皮秒高斯脉冲在光子晶体光纤中的传输过程。增大初始啁啾和输入功率可以得到更大的压缩因子,同时最佳光纤长度减小,它们之间基本成线性关系。并且在初始啁啾值和初始功率比较小时,在最佳光纤长度处,品质因子和压缩因子不是同时达到最大值。结果表明,若选取适当的光纤长度和初始峰值功率,可以实现啁啾脉冲在光子晶体光纤中的有效压缩。

光子晶体光纤中飞秒激光脉冲传输的研究

为更精细地描绘飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的传输和演化,在用分步傅里叶方法求解广义非线性薛定谔方程的基础上,详细考虑光纤参数随脉冲峰值频移的变化,模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中传输和演化的过程。研究发现,光纤色散和强非线性对飞秒脉冲在光子晶体光纤中传输、演化以及超连续谱的展宽有很大影响。

数值模拟亚纳秒脉冲产生超连续谱的一种改进方法(英文)

提出了一种基于分步傅里叶方法的二次采样法,用以模拟和分析亚纳秒脉冲泵浦光子晶体光纤产生的超连续谱特性。通过此方法在广义非线性薛定谔方程上的应用,在超连续谱模拟中显著缩短了运算时间,模拟结果与实验符合很好。同时还对模拟光谱与实验结果间的细微差别做了讨论。通过此方法,模拟了1.8m晶体光纤中产生的1.15 W续谱和光谱沿光纤长度的演化,为超连续谱实验研究的优化设计提供了依据。

光纤中的色散和非线性效应对混沌同步的影响

基于描述光反馈半导体激光器的动力学以及信号在光纤信道中传输的理论,研究了光纤中色散和非线性效应对混沌信号传输以及发射和接收激光器的混沌同步特性的影响,目的是为远程光纤混沌保密通信提供理论指导。数值模拟结果表明:光纤非线性效应只影响信号的位相,不会影响混沌信号的强度;光纤色散将使混沌信号发生严重变形,影响混沌系统的同步性能:通过在接收器的前端放置放大器以补偿光纤的损耗,信号经过200km的色散位移光纤传输后,发射和接收激光器输出混沌信号的关联系数仍可达到0.99,即系统可达到很好的同步性能。

高阶色散效应对光纤中高斯光脉冲的影响

考虑光纤色散三阶效应,推导出无啁啾的高斯脉冲沿光纤传输时脉冲变化的表达式,利用对称分步傅里叶方法(SSFM)求解非线性薛定谔方程(NLS),探讨了三阶色散高斯光脉冲传输的影响。数值研究结果表明三阶色散会使光脉冲形状发生畸变,会在其前沿或后沿附近形成非对称的振荡结构。

色散和非线性效应对高斯脉冲综合影响的理论分析

从光孤子传输所满足的非线性薛定谔方程出发,采用单独分析和综合分析对比,分析了影响高斯脉冲传输的色散、非线性等因素,结果表明:二阶色散参量只会影响脉冲的幅值,对脉冲形状影响不大,而输入脉冲的啁啾则是使脉冲发生形变的主要原因;在啁啾、三阶色散和五阶非线性的共同作用下,它们对脉冲都会产生较大的影响,且存在相互影响和制约作用,在某一临界值,对脉冲存在着较高的压缩增益效应和"整形"作用.从理论上提出了改善高斯光脉冲在光纤中传输特性的解决方案,这对光纤孤子通信的实践过程具有一定的理论借鉴意义.

光孤子在分布式光纤放大器中传输特性的研究

光纤放大器用于补偿光信号在光纤中的传输损耗,是全光通信网中的核心器件。建立了光孤子在分布式光纤放大器中传输的物理模型,采用分步傅里叶变换法数值模拟了光孤子的传输放大特性,讨论了增益色散对光孤子形状和频谱的影响。结果表明:在放大器的反常色散区,随着光孤子的放大,会不断地产生啁啾孤子,孤子频谱会加宽并且产生振荡结构。放大介质的增益色散将会使光孤子幅度下降,宽度展宽,频谱窄化。因此,光纤放大器的色散、非线性效应和增益色散均会对光孤子的传输特性产生影响。

不同形式非线性薛定谔方程及其分步傅里叶法求解

讨论光通信中脉冲的准单色光光场的正负频表示,正负频形式的傅里叶变换,正负频形式的非线性薛定谔方程及它们之间的关系.尤其在脉冲频谱的求解问题中,如果采用负频形式的非线性薛定谔方程则必须选取负频形式的傅里叶变换;如果采用正频形式的非线性薛定谔方程则必须选取正频形式的傅里叶变换.采用分步傅里叶法对具体实例进行数值求解,验证了讨论结果.

SEG/EAEG盐丘模型的三维分步傅里叶炮集叠前深度偏移

用分步傅里叶法对SEG/EAEG盐丘模型进行了三维叠前深度偏移。在偏移中 ,采用相位编码方法 ,使得每次可以同时进行多炮偏移 ,节省了计算量。在计算中 ,采用了MPI并行算法 ,提高了计算效率。数值计算得到了三维SEG/EAEG盐丘模型的精确成像结果 ,这表明三维分步傅立叶法叠前深度偏移是一种精度良好且高效的方法 ,该方法可用于对三维复杂构造的精确高效成像 ,具有良好的实用性。

高功率超短脉冲在增益介质中的传输特性

在考虑了增益介质的群速度色散、克尔非线性效应、增益饱和和增益谱后,推导出了光脉冲在介质中的传输方程.采用分步傅里叶变换法数值模拟了高功率线性啁啾脉冲在增益介质中的传输状态,并着重讨论了增益色散对光脉冲形状和功率谱的影响.计算结果表明:当高功率超高斯光脉冲在增益介质中传输放大时,脉冲形状变得尖锐,峰值向脉冲前沿移动;功率谱峰值向低频方向移动,并且在功率谱边缘形成非对称振荡结构;当介质的增益色散增大时,光脉冲光谱宽度变窄,峰值功率减小,因此对于宽光谱脉冲,增益色散将会导致损耗.

初始啁啾对皮秒脉冲孤子效应压缩的影响

在无损耗情况下 ,用分步傅立叶方法数值模拟皮秒脉冲在单模光纤中的传输 ,计算和分析了初始啁啾对皮秒脉冲的孤子效应压缩的影响 ,通过分析脉冲压缩比 ,最佳光纤长度 ,初始峰值功率和压缩质量的变化 ,得出了一些有意义的结论。

光子晶体光纤产生的超连续谱(英文)

多波长光源在光通信系统中有着广泛的应用,本文提出一种基于超连续谱的多波长光源产生方案.超短脉冲经过光子晶体光纤,基于自相位调制、交叉相位调制、四波混频等非线性效应产生超连续谱,实验中对该超连续谱进行切割,得到多波长光源.仿真和分析发现:对输入脉冲的峰值功率、输入脉冲宽度和光纤长度等各个参数进行调整优化后,可以得到3dB带宽为73nm的超连续谱,且连续谱的指标可以满足超高速、超长距离、超大容量光通信系统对多波长光源的要求.

初始啁啾对光子晶体光纤中飞秒脉冲压缩的影响

运用分步傅里叶方法数值模拟了飞秒高斯脉冲在光子晶体光纤中的传输,计算分析了初始啁啾对脉冲压缩效应的影响。结果表明,初始啁啾有利于增强压缩效果,提高脉冲压缩质量和峰值功率,但使得最佳光纤长度减小。选取合适的光纤长度,可有望对各种波长的脉冲进行压缩。

光纤传输模型的数值计算研究

光纤传播模型可以用非线性薛定谔方程描述,本文介绍了求解此方程的数值方法(分步傅立叶法).一般情况下,脉冲沿光纤传播时受到色散和非线性效应的共同作用,而分步傅立叶法假设当传播距离很小时二者是相互独立作用的.文章还介绍了数值模拟时脉冲形状、相位、啁啾、频谱的计算方法.