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Airy光脉冲在非均匀光纤系统中传输特性的研究

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Airy光脉冲在非均匀光纤系统中传输特性的研究

作者：张露山西大学

学位级别：硕士

光纤通信的应用使通讯领域经历了一场伟大变革,目前已是人们进行信息传输的主要手段。Airy光束的无衍射、横向自加速、自愈等特性被研究者广泛研究,发现其在光子弹、光学微粒操控、等离子体通道等领域都存在着潜在的应用价值。本文主要... 详细信息

光纤通信的应用使通讯领域经历了一场伟大变革,目前已是人们进行信息传输的主要手段。Airy光束的无衍射、横向自加速、自愈等特性被研究者广泛研究,发现其在光子弹、光学微粒操控、等离子体通道等领域都存在着潜在的应用价值。本文主要对非均匀光纤系统中Airy脉冲和孤子的传输进行研究,并探讨了Airy光束在含有抛物势的介质中的相互作用,文章的主要研究成果如下:第一,研究了高阶效应对Airy脉冲和孤子在非均匀光纤中传输的影响。在高阶效应作用下,Airy脉冲仍会产生俘获孤子,且使孤子和俘获孤子的中心位置发生偏移,三阶色散影响俘获孤子的强度。最后讨论了孤子和俘获孤子的中心位置及强度对截断系数的依赖关系。第二,研究了在非均匀光纤系统中,带有初始啁啾的Airy脉冲和孤子传输时,Airy脉冲的动态特性。发现正负啁啾条件下,都会产生俘获孤子;正初始啁啾条件下,产生反向传输的Airy脉冲;负初始啁啾条件下,Airy脉冲会发生色散。最后还分析了不同的截断系数和非线性条件下Airy脉冲的传输。第三,研究了Airy光束在含有抛物势的介质中的相互作用。发现在抛物势的作用下两光束相互作用形成呼吸子,并且势阱的深度影响着呼吸子的周期。此外,两光束之间的间隔、相对相位都会使光束的传输特性发生改变。最后分析了振幅强度对光束相互作用的影响,即当两光束初始振幅不同时,强度大的光束在相互作用的过程中占据主导作用。

关键词： Airy光脉冲非均匀光纤系统俘获孤子抛物势呼吸子

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拉曼效应下光脉冲在非均匀光纤系统中的传输

拉曼效应下光脉冲在非均匀光纤系统中的传输

作者：张健山西大学

学位级别：硕士

本文以综合考虑高阶效应的变系数耦合高阶非线性薛定谔方程为基本的理论模型,探讨了脉冲在非均匀光纤中的传输,探析三阶色散以及自陡峭效应对拉曼脉冲产生的影响,并且讨论了泵浦脉冲和拉曼脉冲的频谱特性,进一步通过拟解法求出理论模型... 详细信息

本文以综合考虑高阶效应的变系数耦合高阶非线性薛定谔方程为基本的理论模型,探讨了脉冲在非均匀光纤中的传输,探析三阶色散以及自陡峭效应对拉曼脉冲产生的影响,并且讨论了泵浦脉冲和拉曼脉冲的频谱特性,进一步通过拟解法求出理论模型的精确解,并解析和数值模拟研究了具有精确孤子解形式的光孤子脉冲在实际光纤系统中的传输特性,还探讨了各种扰动形式对光脉冲传输的影响,最后研究了两个相邻的具有精确孤波解脉冲之间的相互作用。本文的研究主要包含以下内容:(1)具体介绍了光纤通信的发展历史,重点分析了光孤子通信的研究现状和技术难点,还介绍了光孤子通信系统中不可忽视的高阶效应的研究意义。(2)考虑到光纤的实际传输,我们将适应范畴更广、考虑更多高阶效应的变系数耦合高阶非线性薛定谔方程作为研究对象。采用分步傅里叶数值算法,仿真模拟了光脉冲在光纤中的传输,探析三阶色散效应以及自陡峭效应对拉曼脉冲产生的影响。并且得到了泵浦脉冲和拉曼脉冲的频谱图,讨论其一些频谱特性。(3)从含色散增益和非线性增益的变系数耦合高阶非线性薛定谔方程出发,我们得到了该方程的精确孤子解析解,并研究超短脉冲形式的精确孤子解脉冲的传输特性。且在脉冲入射端加入小幅扰动和随机噪声,研究扰动对脉冲稳定性的影响。(4)最后探讨了两个相邻孤波之间的相互作用,研究初始脉冲间距不同对两相邻孤波之间的相互作用产生的影响。

关键词：孤波耦合高阶非线性薛定谔方程非均匀光纤系统高阶非线性效应

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啁啾艾里脉冲和孤子在非均匀光纤中的传输

中国激光 2017年第9期44卷 205-211页

作者：张露张健肖燕山西大学物理电子工程学院山西太原030006

以变系数耦合高阶非线性薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶方法研究了有初始啁啾的艾里脉冲和光孤子在非均匀光纤的反常色散区传输时艾里脉冲的演化特性。结果表明:正负啁啾条件下艾里脉冲都会产生俘获孤子。当初始啁啾为正时,产生... 详细信息

以变系数耦合高阶非线性薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶方法研究了有初始啁啾的艾里脉冲和光孤子在非均匀光纤的反常色散区传输时艾里脉冲的演化特性。结果表明:正负啁啾条件下艾里脉冲都会产生俘获孤子。当初始啁啾为正时,产生传播方向与原加速方向相反的艾里脉冲;当初始啁啾为负时,艾里脉冲会沿与加速方向相反的方向发生色散。研究了不同截断系数和非线性条件下正啁啾艾里脉冲的传输演化特性。

关键词：光纤光学非均匀光纤系统耦合高阶非线性薛定谔方程啁啾艾里脉冲

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五阶非线性克尔效应影响下光脉冲的传输

光学学报 2017年第2期37卷 52-61页

作者：肖燕郭泽东张健张露山西大学物理电子工程学院山西太原030006

以变系数五次金兹堡-朗道方程为理论模型,在考虑和忽略五阶非线性克尔效应情况下,分别得到了精确的孤子解和耗散孤子解。数值模拟结果表明,这两类孤子解脉冲在非均匀光纤中都能以光孤子的形式传输。另外,考虑五阶非线性克尔效应时,分析... 详细信息

以变系数五次金兹堡-朗道方程为理论模型,在考虑和忽略五阶非线性克尔效应情况下,分别得到了精确的孤子解和耗散孤子解。数值模拟结果表明,这两类孤子解脉冲在非均匀光纤中都能以光孤子的形式传输。另外,考虑五阶非线性克尔效应时,分析了有微扰时光孤子的传输稳定性和双超短光脉冲相互作用。

关键词：光纤光学非均匀光纤系统五阶非线性克尔效应五次金兹堡-朗道方程光孤子

复变系数Ginzburg-Landau方程的啁啾组合孤波解

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量子光学学报 2009年第1期15卷 70-75页

作者：马宇波田晋平徐忠孝王晓宇肖燕山西大学物理电子工程学院山西太原030006

基于描述非均匀光纤系统的复系数Ginzburg-Landau方程,通过拟解法得到了该方程的精确啁啾组合孤波解,并分析了该解的特性。通过大量的数值模拟,发现在有限的初始扰动下这些组合孤波解是在非均匀光纤系统中稳定的。最后,为了进一步研究... 详细信息

基于描述非均匀光纤系统的复系数Ginzburg-Landau方程,通过拟解法得到了该方程的精确啁啾组合孤波解,并分析了该解的特性。通过大量的数值模拟,发现在有限的初始扰动下这些组合孤波解是在非均匀光纤系统中稳定的。最后,为了进一步研究组合孤波解的稳定性,我们还探讨了组合孤波的相互作用。

关键词：非均匀光纤系统啁啾组合孤波非线性增益

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五阶非线性克尔效应影响下光脉冲的传输

五阶非线性克尔效应影响下光脉冲的传输

作者：郭泽东山西大学

学位级别：硕士

本文研究的理论模型是变系数的五次金兹堡-朗道(Ginzburg-Landau)方程,首先,研究理论模型的精确解,根据计算结果理论分析了精确解在非均匀光纤系统中的传输情况,并对理论分析进行数值验证。然后,在考虑非均匀光纤系统中的五阶非线性克... 详细信息

本文研究的理论模型是变系数的五次金兹堡-朗道(Ginzburg-Landau)方程,首先,研究理论模型的精确解,根据计算结果理论分析了精确解在非均匀光纤系统中的传输情况,并对理论分析进行数值验证。然后,在考虑非均匀光纤系统中的五阶非线性克尔效应时,研究了精确孤子解形式的超短脉冲的传输特性,并讨论两个这种超短光脉冲在传输过程中的相互作用。最后,在考虑五阶非线性克尔效应时,研究光纤放大器中光孤子的传输特性,并讨论了五阶非线性克尔效应对光孤子的具体影响。在实际应用中,这些研究对于超短脉冲在非均匀光纤系统中的传输提供了一定的理论依据,还有助于控制光纤放大器和非均匀光纤系统中五阶非线性克尔效应的影响。本文研究的主要内容包含以下几个方面:(1)介绍在光纤通信发展中非线性光纤光学的研究背景,简述国内外光孤子在非均匀光纤系统中的研究现状,并简要分析五阶非线性克尔效应的研究意义。(2)研究理论模型的精确解。在考虑光纤传输介质中五阶非线性克尔效应时,利用拟解法计算出满足特殊条件下的精确孤子解,在理论的层面上分析精确解的传输情况。当忽略五阶非线性克尔效应,计算出光纤传输系统中存在的精确耗散孤子解,同样分析耗散孤子解的传输情况。最后,对精确的孤子解和耗散孤子解进行数值分析,验证理论研究的结果。(3)在考虑五阶非线性克尔效应的非均匀光纤传输系统中,用分步傅里叶法研究精确孤子解超短脉冲的传输稳定性和相互作用。在入射脉冲中分别加入振幅微扰和随机噪声,数值模拟其传输稳定性;并通过改变两个相邻入射脉冲之间的距离,数值模拟在此系统中的传输情况,分析两个光孤子之间的相互作用。(4)在光纤放大器中考虑五阶非线性克尔效应时,用分步傅里叶法研究光孤子的传输特性。首先,以双曲正割脉冲作为入射脉冲,研究亮孤子中的演化过程和其传输的稳定性,并分析多个亮孤子的传输情况;其次,以双曲正切脉冲作为入射脉冲,研究暗孤子的传输情况;最后,讨论五阶非线性克尔效应对光孤子的具体影响。

关键词：五阶非线性克尔效应金兹堡-朗道方程非均匀光纤系统光纤放大器光孤子

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高阶效应影响下非均匀光纤中组合孤波的传输

高阶效应影响下非均匀光纤中组合孤波的传输

作者：吕亭亭山西大学

学位级别：硕士

随着信息高速公路的飞速发展,光孤子通信凭借其极高的速率、超大的容量、超长的距离及无畸变传输的优点,成为热门的现代通信技术之一。本文以非均匀光纤系统为基础,首先以变系数的高阶耦合非线性薛定谔方程作为光脉冲传输的理论模型,详... 详细信息

随着信息高速公路的飞速发展,光孤子通信凭借其极高的速率、超大的容量、超长的距离及无畸变传输的优点,成为热门的现代通信技术之一。本文以非均匀光纤系统为基础,首先以变系数的高阶耦合非线性薛定谔方程作为光脉冲传输的理论模型,详细研究了三种函数形式的矢量组合孤波的传输特性;并且,在此种理论模型下,分析了M型矢量组合孤波的传输特性;此外,还得到了含有五阶非线性克尔效应的高阶非线性薛定谔方程(HNLS)的组合孤波解析解,并讨论了该组合孤波的传输特性。我们的研究成果为非均匀光纤系统中组合孤波的研究提供了一定的理论依据。本文的研究包含以下内容：(1)简述了光纤通信的发展;详细分析了光纤中影响光脉冲传输稳定性的几个重要因素,并介绍了非均匀双折射光纤中矢量孤波的研究现状。(2)以高阶的变系数耦合非线性薛定谔方程(CNLS)为非均匀双折射光纤系统中光脉冲传输的理论模型,采用分布傅立叶变换法(FFT),数值模拟了三种函数形式的组合孤波在该理论模型中的传输特性及相邻孤波间的相互作用,并讨论了在加入有限的噪声干扰、功率微扰和相位微扰的情况下三种组合孤波的传输稳定性。(3)在上述理论模型的基础上,详细研究了M型矢量组合孤波在非均匀双折射光纤系统中的传输特性,并讨论了在加入有限微扰的情况下M型矢量组合孤波的抗干扰性。(4)在非均匀光纤系统中,采用拟解法,在一定参数条件下,获得了含有五阶非线性克尔效应的高阶非线性薛定谔方程的组合孤波解析解,并对其传输特性进行了详细的研究。我们的理论计算与数值模拟结果表明：此组合孤波能够以两种不同的传输波形无畸变传输,并具有良好的抗干扰性。

关键词：组合孤波高阶效应五阶非线性克尔效应非均匀光纤系统

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光纤中飞秒孤子的传输特性研究

光纤中飞秒孤子的传输特性研究

作者：冯莉西安电子科技大学

学位级别：硕士

本文以描述飞秒光孤子在光纤中传输的常系数Kundu-Eckhaus方程和变系数Kundu-Eckhaus方程为模型，通过解析方法（Hirota双线性方法或相似变换方法）和数值模拟方法（分步傅里叶方法）研究了飞秒光孤子在光纤中的传输特性。为研究实际的... 详细信息

本文以描述飞秒光孤子在光纤中传输的常系数Kundu-Eckhaus方程和变系数Kundu-Eckhaus方程为模型，通过解析方法（Hirota双线性方法或相似变换方法）和数值模拟方法（分步傅里叶方法）研究了飞秒光孤子在光纤中的传输特性。为研究实际的非均匀光纤或光孤子控制系统，进一步实现超长距离、超大容量的光纤通信系统，提供了一定的理论依据。本文的主要内容如下： 1)以含有脉冲内喇曼散射效应的常系数三次-五次非线性薛定谔方程，即常系数Kundu-Eckhaus方程为模型，从可积的角度出发，应用Hirota解析方法，首先得到了该方程的精确单（双）孤子解。之后，基于这些精确的孤子解，研究了在光纤中孤子的传输特性，包括单孤子的传输特性以及孤子间的相互作用。着重讨论了孤子的三种相互作用机制：（1）两孤子的赶超弹性相互作用;（2）两孤子周期性吸引和排斥的束缚状态;（3）两孤子的平行传输状态。同时，论文通过分布傅里叶数值方法，验证了解析解的正确性并进一步探讨了孤子间的相互作用。 2)以变系数Kundu-Eckhaus方程为模型，通过恰当的相似变换，显式给出了该方程的精确单（双）孤子解。作为例子，论文考虑指数调制控制参数、非线性管理以及色散管理的非均匀光纤系统，并研究了精确孤子解的一些主要演化特性，尤其是孤子的振幅、脉宽和中心位置等随传输距离的演化。这些结果对孤子的放大、压缩以及控制管理具有一定的指导意义，为开展光孤子通信实验提供一定的理论依据。

关键词：飞秒光孤子三次-五次非线性薛定谔方程 Hirota方法分步傅里叶方法非均匀光纤系统