光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響

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1、光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響光子晶體光纖中自相位調制效應對

2、超高斯脈沖傳輸的影響光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響第36卷第12期2007年12月光子ACTAPH()ToNICASINICAVo1.36No.12December2007光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響*朱偉明,姚端正,陳蘇(武漢大學物理科學與技術學院,武漢430072)摘要:為了研究光子晶體光纖的微結構對其非線性光傳輸特性的影響,利用超格子法和光子晶體光纖中的光傳輸方程,計算了光子晶體光纖中的高斯光脈沖和超高斯脈沖的自相位調制譜.計算結果表明:高斯光脈沖和超高斯光脈沖的高頻端比低頻端

3、均有較大的頻譜展寬,而高斯光脈沖的頻譜比超高斯光脈沖的頻譜具有更大的中心峰值;超高斯光脈沖較高斯光脈沖有較廣的頻譜范圍,它們的自相位調制展寬范圍均隨著傳輸距離的增加而增大.這些現象均可以利用自陡峭效應的理論加以解釋.與傳統(tǒng)光纖相比,高斯光脈沖在傳統(tǒng)光纖中所受自相位調制效應的影響較小.關鍵詞:光子晶體光纖;有效截面積;自相位調制光譜;超高斯光脈沖中圖分類號:TN248.1文獻標識碼:A文章編號:1004—4213(2007)12—2252—40引言光子晶體光纖也被稱為空氣孔徑光纖或微結構光纖].其折射率在橫截面上周期性變化.研

4、究表明,由于有效截面積r2相對較小,即使在非線性折射率相同的情況下,光子晶體光纖中的非線性系數至少比普通光纖大三倍.因此光子晶體光纖中大部分的非線性效應都較普通光纖有顯著的提高.按其結構和光傳輸機制來分,光子晶體光纖可以分成兩類:全內反射光子晶體光纖(TotalInternalReflection—PhotonicCrystalFiber,TIR—PCF)以及光子禁帶光子晶體光纖(PhotonicBandGap—PhotonicCrystalFiber,PBG—PCF).近幾年來,光子晶體光纖在光傳輸方面的應用潛力吸引了越來

5、越多的研究者的關注].特別是超連續(xù)譜L5以及孤子效應在光子晶體光纖中的應用.研究表明:這些效應都與光子晶體光纖中的自相位調制效應l6]相關.自相位調制效應反映了光脈沖在非線性介質中傳輸時光強與折射率之間的關系.本文利用超原胞法計算了光子晶體光纖的非線性系數,并且利用這一結果計算了光子晶體光纖中高斯脈沖和超高斯脈沖的自相位調制譜隨傳輸距離的演化趨勢.1理論與計算光纖中的光傳輸方程L8為武漢市科技局基金(1320017010121)資助“Tel:027—68752481—8651Email:dzyao@whu.edu.cn收稿日

6、期:2006—04—07豢+號A+孚券一譬器--iy+i(1AlA—A)(1)式中A為慢變振幅,忽略色散(』92一屆一0)以及光纖損耗(口一0)的影響,方程(1)可以寫為+亙一ilulzU(2)十—lul(z式中S為自陡峭系數,r和U分別為歸一化脈寬和歸一化振幅r—T一—t--—z～~vg(3)‘T0T0～A(z,r)一~/Poeaz/2U(z,r)(4)z為脈沖傳輸距離,令一0,并且如下定義歸一化傳輸距離ZZ—z/LN1.(5)式中LNL一1/yP.(6)),為光子晶體光纖的非線性系數.P.為初始峰值強度,非線性系數),可

7、定義為),一一n2Z一~r(7)cAffAff…式中”為非線性折射率系數,為入射光頻率,C為光在真空中的光速.光子晶體光纖中有效截面積的表達式為[』』lE(x,)ldxdy-]Aff一三————————一(8)』』lE(x,)ldxdy式中E(x,)為光子晶體光纖的模式分布函數.將et(,)ze(,y)Ax+e(,)用厄米一高斯函數展開并求解其本征矢波動方程,可以得到式12期朱偉明,等:光子晶體光纖中自相位調制效應對超高斯脈沖傳輸的影響2253(8)的解析表達式]2E~oJ∑￡dl2]一0)-~r=I…)式(13)和(14)

8、的通解分別為I(Z,r)=_廠(r一3slZ)(15)(Z,r)…g(rslZ)了T(16)考慮高斯脈沖的情況(z,T)--(一)=一T2十1ctan(麥)(18)當Z—z一0時,得到I(0,r);_廠(r)=exp(一r/2)(19)(0,r)三g(r)一÷一0(20)利用式(15)和(