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光纤中基于互相位调制效应的超短光脉冲对的产生

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光子学报 2003年第6期32卷 731-734页

作者：刘宏展袁明辉曹文华五邑大学信息科学研究所广东江门529020

提出一种在单模光纤正常色散区由连续波产生超短光脉冲对的新方法即让连续波和一个波长位于光纤负色散区的高阶孤子在光纤中同时传输 ,互相位调制效应和群速度色散效应的互相作用能使连续波演化成超短光脉冲对本文还通过计算机模拟 ... 详细信息

提出一种在单模光纤正常色散区由连续波产生超短光脉冲对的新方法即让连续波和一个波长位于光纤负色散区的高阶孤子在光纤中同时传输 ,互相位调制效应和群速度色散效应的互相作用能使连续波演化成超短光脉冲对本文还通过计算机模拟 ,对该方法进行了全面的考察和分析结果表明。

关键词：超短光脉冲对单模光纤互相位调制效应光纤通信计算机模拟群速度色散效应

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色散缓变光纤啁啾演变特性

量子光学学报 1997年第4期3卷 230-236页

作者：王晶苗洪利刘秀敏冯启元内蒙古师范大学物理系内蒙古大学物理系

从理论上分析了色散缓变单模光纤中啁啾演变特性。采用付里叶变换法得到了只有群速度色散效应或自相位调制效应时皮秒脉冲啁啾的解析解，利用数值法模拟了色散缓变光纤中皮秒脉冲啁啾演变过程。结果表明：色散缓变光纤中的啁啾比常规光... 详细信息

从理论上分析了色散缓变单模光纤中啁啾演变特性。采用付里叶变换法得到了只有群速度色散效应或自相位调制效应时皮秒脉冲啁啾的解析解，利用数值法模拟了色散缓变光纤中皮秒脉冲啁啾演变过程。结果表明：色散缓变光纤中的啁啾比常规光纤中的啁啾小，而且。

关键词：色散缓变光纤啁啾群速度色散效应相位调制

大气自聚焦效应和湍流效应对地基激光空间碎片清理的影响

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大气自聚焦效应和湍流效应对地基激光空间碎片清理的影响

作者：邓宇四川师范大学

学位级别：硕士

由于人类宇航活动而产生的大量空间碎片给航天器的正常运行带来了巨大隐患,限制了人类进一步探索太空。利用地基激光清除空间碎片是解决这一难题的重要途径之一,而在高功率激光大气传输过程中大气自聚焦效应对激光光束质量有着显著影响... 详细信息

由于人类宇航活动而产生的大量空间碎片给航天器的正常运行带来了巨大隐患,限制了人类进一步探索太空。利用地基激光清除空间碎片是解决这一难题的重要途径之一,而在高功率激光大气传输过程中大气自聚焦效应对激光光束质量有着显著影响。因此,厘清高功率激光大气自聚焦效应对地基激光空间碎片清理的影响具有重要意义。一方面,碎片表面的均匀辐照对激光空间碎片清理十分重要,研究空间碎片上实现激光的均匀辐照是非常必要的。另一方面,高功率激光在大气中除了自聚焦效应,还受湍流效应的影响,且实际中光束都具有部分相干性,因此研究高功率部分相干光经湍流大气上行传输特性具有重要意义。此外,由于高能激光发射系统副镜对光束的遮挡,入射脉冲光束在空间方向将呈环状分布。在自聚焦和群速度色散(GVD)效应影响下,环状脉冲光束将呈现怎样的传输特性?这值得我们深入研究。本论文的具体研究工作包括:1、研究了空间碎片上激光均匀辐照问题。研究发现:由于非均匀大气自聚焦效应引起光束相位调制,平顶激光束从地面上行传输至空间碎片时可出现均匀辐照。我们拟合出了修正焦距公式以实现空间碎片靶面上激光的均匀辐照。此外,还研究了不同阶数的光束自聚焦效应对光束质量的影响,研究表明:即使激光发射功率非常大,如果初始激光为平顶激光,那么在空间碎片靶面上仍然可以获得好的光束质量。但是,初始激光为高斯分布则会造成光束严重畸变。本项研究结果提供了一种实现均匀辐照方法,即:平顶激光束通过非均匀的非线性介质可实现均匀辐照。2、研究了高功率部分相干光经湍流大气上行传输特性。基于“薄窗”模型,我们采用非线性相位调制函数的二次近似,推导出了高功率部分相干光经湍流大气上行传输的光强、束宽等光学参量的解析表达式。研究发现,湍流效应对光束的扩展作用非常突出,而通过提高激光入射海拔不仅可以极大的抑制湍流效应,同时也会削弱自聚焦效应带来的不利影响。此外,我们还推导出了靶面光斑最小时,最佳焦距和入射波长的表达式。相关研究结果可为地基激光空间碎片清除系统优化设计提供理论依据。3、研究了高功率环状脉冲光束经大气上行传输特性和光束质量。研究发现:由于自聚焦和GVD效应对光束的调制作用,环状脉冲光束可在传输过程中相继出现脉冲的分裂、自愈和再分裂。另一方面,由于自聚焦效应,存在最佳发射功率使得靶面光强值达到最大,即:当发射功率大于最佳功率时,进一步增加发射功率,反而会使得靶面光强降低。值得注意的是,在功率较低时GVD效应占主导地位,脉宽为纳秒和皮秒量级的入射光束相较于飞秒光束在靶面具有更高的光束质量,而当功率较高时,自聚焦效应起主要作用,飞秒量级的入射光束更具优势。此外,还采用了B积分和Strehl比来研究靶面光束质量。

关键词：地基激光空间碎片清理大气自聚焦效应大气湍流效应群速度色散效应非线性相位调制函数二次近似均匀辐照光束质量光的部分相干性

大气中自聚焦和海洋中热晕效应对激光传输特性和光束质量的影响

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大气中自聚焦和海洋中热晕效应对激光传输特性和光束质量的影响

作者：张雨秋四川师范大学

学位级别：硕士

大量太空垃圾对人类航天活动构成了巨大威胁,激光空间碎片清除是一种非常重要且有效清理太空垃圾的方法。地基空间碎片清除不可避免地会遇到强激光大气传输问题,而强激光大气传输时的自聚焦和群速度色散效应是十分显著的,因此研究脉冲... 详细信息

大量太空垃圾对人类航天活动构成了巨大威胁,激光空间碎片清除是一种非常重要且有效清理太空垃圾的方法。地基空间碎片清除不可避免地会遇到强激光大气传输问题,而强激光大气传输时的自聚焦和群速度色散效应是十分显著的,因此研究脉冲激光从地面经大气传输至空间轨道的自聚焦效应和群速度色散效应对空间碎片清除的影响是非常重要的。另一方面,利用激光辐射把转换的太阳能从太空输运到地面上是一个绿色能源设想,而大多数激光发射装置中都含有产生环状光束的望远镜系统,因此研究环状光束从空间轨道经大气传输到地面的自聚焦效应是十分重要的。此外,随着激光在水下应用的兴起,研究激光在海水介质中传输的热晕效应显得尤为重要。本论文主要研究了大气中自聚焦、群速度色散效应和海洋中热晕效应对激光传输特性和光束质量的影响,具体研究工作包括:1.研究了脉冲激光从地面经大气传输至空间碎片的自聚焦和群速度色散效应对空间碎片清除的影响。自行编制了脉冲激光从地面经大气传输至空间轨道的模拟仿真程序,用数值模拟的方法研究了大气自聚焦效应和群速度色散效应对脉冲激光传输特性和光束质量的影响。研究发现:与线性传输情况不同的是,由于自聚焦和群速度色散的共同作用,激光在传输过程中的脉宽和束宽的变化十分显著,并且在空间碎片靶面上会出现脉冲分裂和旁瓣光强分布。同时,与线性传输情况相比,靶面上的束宽和脉宽均会增加。除此之外,针对激光清理空间碎片,推导出了修正焦距和光束M 因子的解析表达式。研究表明:若采用本论文推导出的修正焦距,能提高靶面上的光束质量;当M 因子低于1.6时,靶面上能获得较好的光束质量。本论文所得结果对地基高能激光清理空间碎片清除具有重要意义。2.针对利用激光辐射把转换的太阳能输运到地面的应用,研究了环状光束从空间轨道经大气传输到地面的自聚焦效应。自行编制了环状光束从空间轨道经大气传输到地面的模拟仿真程序,用数值模拟的方法研究了大气自聚焦效应对环状光束传输特性的影响。研究发现:随着环状光束遮拦比的增加,自聚焦作用会使得环状光束压缩更厉害。另一方面,研究比较了自聚焦效应对环状光束、平顶光束和高斯光束传输特性和光束质量影响的差异,研究表明:自聚焦效应对环状光束的作用要强于平顶光束和高斯光束,而环状光束、平顶光束和高斯光束的自聚焦临界功率值依次递增。此外,推导出了环状光束从空间轨道经大气传输到地面的光束B积分的表达式,并给出了环状光束达到最大压缩而未成丝的光束B积分的拟合公式。本论文所得研究结果对高功率激光从空间轨道经大气传输到地面的能量输运具有重要意义。3.研究了激光在海水介质中传输的热晕效应。利用自行编制的激光在海水介质中传输的四维模拟仿真程序,采用数值模拟方法研究了海水盐度、海水深度和光波长(考虑海水吸收系数随波长变化)对激光热晕效应的影响。研究表明:海水盐度升高要导致激光热晕效应加剧。与波长相比,由于海水介质的吸收系数值很大,因此吸收系数是影响热晕效应的主要因素。在海水介质中,波长对应的吸收系数越大,热晕效应越剧烈。此外,浅海区域与深海区域相比较,热晕效应随海水深度变化规律不同,并且影响热晕效应强弱的主要物理因素也不相同。在浅海区域,随着时间的增加,热晕强度随海水深度的变化规律呈非单调变化,即,开始时热晕效应随海水深度增加而减弱,随后则反之。但是,在深海区域,热晕效应随海水深度增加而单调加剧。本论文所得研究结果对水下激光应用具有重要意义。

关键词：自聚焦效应群速度色散效应热晕效应激光大气传输激光海洋传输激光空间碎片清除光束质量光束特性脉冲激光环状光束

硬边光阑和脉冲啁啾对高功率激光上行大气传输光束质量的影响

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硬边光阑和脉冲啁啾对高功率激光上行大气传输光束质量的影响

作者：张淦四川师范大学

学位级别：硕士

自苏联1957年发射第一颗人造地球卫星以来,人类探索外太空的历史已有六十五年。由于太空作为各国新的战略,人类探索宇宙愈发频繁,所能到达的距离越来越远,太空资源的竞争也愈加激烈。太空技术也因此成为了衡量各国科技水平的象征之一。... 详细信息

自苏联1957年发射第一颗人造地球卫星以来,人类探索外太空的历史已有六十五年。由于太空作为各国新的战略,人类探索宇宙愈发频繁,所能到达的距离越来越远,太空资源的竞争也愈加激烈。太空技术也因此成为了衡量各国科技水平的象征之一。然而,由于人类空间活动次数的增多,空间碎片的数量大幅度增加,这将严重限制人类对太空的探索。面对空间碎片带来的挑战,利用地基激光对空间碎片予以清除是解决问题的方法之一。为此,高功率激光在大气长程传输问题则必须考虑,譬如大气的非线性自聚焦效应和线性群速度色散效应对激光光束质量的影响。值得注意的是,在实际应用中从光学系统发射的激光束或多或少会受到硬边光阑的衍射。因此,研究硬边光阑效应对高功率激光大气自聚焦效应以及靶面光束质量的影响是有意义的。再者,使用啁啾脉冲放大（Chirped Pulse Amplification,CPA）装置获取地基激光空间碎片清除所需的高功率激光是值得探索的方式。因此,有必要研究啁啾脉冲光束在大气中的传输特性以及脉冲啁啾对高功率激光大气自聚焦效应和靶面光束质量的影响。本论文的具体工作包括:1、研究了硬边光阑对高功率激光从地面通过大气传输到空间轨道的自聚焦效应和靶面光束质量的影响。研究表明:随着截断参数的减小（光束截断加剧）和光束发射功率的增大,靶面上的光斑尺寸将会增大。然而,随着截断参数的减小,有光阑的激光束受自聚焦的影响减小。此外还研究了光阑效应和非线性自聚焦效应引起的焦移。另一方面,提出了两种优化靶面光束质量的有效方案,即最佳发射功率和最佳透镜焦距。并且拟合出了最佳发射功率和最佳透镜焦距的定标公式。研究发现:使用最佳透镜焦距可以补偿自聚焦效应和硬边光阑效应带来的危害,并且使用最佳透镜焦距比最佳发射功率可以获得更高的靶面光强。2、研究了高功率啁啾脉冲激光从地面通过大气传输到空间轨道的群速度色散效应、自聚焦效应和靶面光束质量。提出了大气群速度色散系数的简化模型,推导出了大气群速度色散效应引起的啁啾参数的解析表达式,并证实了所得解析结果的正确性。此外,还推导出了大气群速度色散效应和大气自聚焦效应引起的啁啾的解析表达式。研究表明:大气群速度色散效应和大气自聚焦效应引起的啁啾均随着传输距离的增加而增大。其中,大气群速度色散效应引起的啁啾与初始啁啾密切相关;而大气自聚焦效应引起的啁啾与发射功率有关,与初始啁啾无关。另一方面,研究了初始啁啾对脉宽和自聚焦效应的影响。研究表明:当初始啁啾增大时,群速度色散效应增强,脉宽变化也增强。当传输距离增大时,正、负初始啁啾光束的脉宽变化存在差异。并且,初始负啁啾比正啁啾对应的自聚焦效应要强。特别地,研究发现:存在最佳预啁啾可使靶面光强达到最大值,并且该预啁啾为负啁啾。本论文提出的最佳预啁啾方法可极大提高靶面光强。此外,研究表明:皮秒量级比飞秒量级的脉冲激光采用预啁啾的方式更适合地基激光空间碎片清除（可实现更高靶面光强）。

关键词：激光大气传输自聚焦效应硬边光阑啁啾脉冲激光光束质量群速度色散效应

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光纤GVD和SPM效应所致频率啁啾的匹配

贵州师范大学学报（自然科学版） 2003年第2期21卷 15-17页

作者：王润轩宝鸡文理学院物理系陕西宝鸡721007

在分析单模光纤群速度色散效应(GVD)和自相位效应(SPM)相互作用的基础上,推导出和共同作用引起的啁啾表达式,全面分析了色散长度、非线性长度LD、非线性长度LNL与啁啾变化的关系,结果表明:随着LD/LNL的不同,啁啾特性有着显著变化,当N=LD... 详细信息

在分析单模光纤群速度色散效应(GVD)和自相位效应(SPM)相互作用的基础上,推导出和共同作用引起的啁啾表达式,全面分析了色散长度、非线性长度LD、非线性长度LNL与啁啾变化的关系,结果表明:随着LD/LNL的不同,啁啾特性有着显著变化,当N=LD/LNL=1,即实现了单模光纤中群速度色散效应与非线性效应相互作用所致啁啾的最佳匹配,通过控制脉冲输入功率,可望实现光脉冲无啁啾的稳定传输。

关键词：单模光纤群速度色散效应自相位效应频率啁啾 GVD SPM 自相位调制光纤孤子通信

无反转放大效应(AWI)对光速减慢与负群速传播的影响

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量子光学学报 2004年第B9期10卷 28-28页

作者：李路明肖峰彭翔郭弘陈徐宗北京大学信息科学技术学院量子电子学研究所量子信息与测量教育部重点实验室北京100871

由于光子作为信息的载体有着天然的优越性 ,例如 ,传播速度快 ,信息量大等 .所以各国科学家都在不断地寻找各种方法去操控光子。其中电磁感应透明 (ElectromagneticallyInducedTransparency ,EIT) ,电磁感应吸收 (ElectromagneticallyIn... 详细信息

由于光子作为信息的载体有着天然的优越性 ,例如 ,传播速度快 ,信息量大等 .所以各国科学家都在不断地寻找各种方法去操控光子。其中电磁感应透明 (ElectromagneticallyInducedTransparency ,EIT) ,电磁感应吸收 (ElectromagneticallyInducedabsorption ,EIA )和无反转放大效应 (AmplificationWithoutInversion ,AWI)作为控制光子的手段一直受到人们的关注。电磁感应透明现象 (EIT)可以实现共振光无吸收传播的同时伴随有大的群速度色散效应 .我们实现了无缓冲气体的铯泡 (Cs)中的光脉冲群速度的减慢 ,通过在EIT的原子系统上加入非相干泵浦来产生AWI效应 ,我们发现光脉冲在其中的传播速度随着泵浦光强的增加而明显减小 ,延迟时间增加一倍 ,光脉冲的群速度相当于c / 4 0 0 0 0。此外 ,我们还利用电磁感应吸收现象(EIA)产生的大的负群速度色散效应 ,我们观察到了在无缓冲气体的铯泡 (Cs)中 ,光脉冲的负群速度传播的现象。通过EIA原子系统中非相干泵浦光的加入 ,AWI效应使得超光速现象变得更加明显 ,光脉冲的负群速度变得更大。最大的光脉冲超前时间可以达到 0 .9μs ,相当于光脉冲的群速度为 -c/ 4 0 0 0 0。总之 ,我们找到了一个实现光脉冲群速度的操控的新手段 ,通过外场的加入我们可以按要求来改变光脉?

关键词：无反转放大效应群速度色散效应光减速负群速度量子光学

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光传输、通信理论

中国光学 2003年第1期17卷 86-86页

TN911 2003010665慢布喇格类孤子的传播特性=Propagation of slow Braggsoliton-like waves[刊,中]/李松茂(上海大学理学院.上海(200436)),王奇//光学学报.-2002,22(8).-962-966在耦合模理论的基础上,分析了线性周期结构的色散关系,给出了一维无限长的克尔类非线性介质周期结构中的慢布喇格类孤子解。并且指出,增加脉冲能量会导致群速度色散效应增加。在非线性作用下,禁带宽度会变小,波的频率也会发生偏移,其偏移量主要取决于失谐因子、传播速度、波振幅强度以及非线性系数等参量。参13(严寒)

关键词：介质周期结构群速度色散效应色散关系布喇格非线性系数上海大学传播特性非线性作用类孤子解色散管理孤子