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《非線性光纖光學(xué)-第六章-偏振效應(yīng).ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第六章偏振效應(yīng)非線性雙折射非線性相移偏振態(tài)的演化矢量調(diào)制不穩(wěn)定性雙折射和孤子隨機(jī)雙折射1.非線性雙折射保偏光纖在整個(gè)長度上其雙折射幾乎是常數(shù)，這種雙折射稱為線性雙折射。當(dāng)光纖中的非線性效應(yīng)變得重要時(shí)，足夠強(qiáng)的光場能引起非線性雙折射，其大小與光場強(qiáng)度有關(guān)。非線性雙折射的起源當(dāng)入射的低功率連續(xù)光的偏振方向與慢（或快）軸成一角度時(shí)，其偏振態(tài)沿光纖從線偏振→橢圓偏振→圓偏振，然后在一稱為拍長的長度上以周期性的方式回到線偏振態(tài)。忽略電場的縱向分量，則與任意偏振的光波相聯(lián)系的電場可以寫為兩偏振分量的復(fù)振幅對于各向同性介質(zhì)如石英玻璃，三階極化率可以寫成下面的形式
2、非線性極化強(qiáng)度可寫成由各向同性介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)對稱性，可以得到如果假定上式右邊的三個(gè)分量完全相等，則有記，并利用線性折射率非線性折射率SPMXPM耦合模方程假定非線性效應(yīng)對光纖模式無顯著影響，把電場寫成空間分布慢變振幅傳播常數(shù)慢變振幅滿足下面的耦合模方程：其中定義耦合模方程簡化為推導(dǎo)過程中假定對于低雙折射光纖，有注意！當(dāng)用圓偏振分量描述波傳輸時(shí)，XPM的相對強(qiáng)度從2/3變到2。橢圓雙折射光纖對于橢圓雙折射光纖，耦合模方程有較大改動(dòng)，電場強(qiáng)度寫為橢圓率橢圓角橢圓雙折射光纖中的慢變振幅滿足耦合模方程：式中對于高雙折射光纖，上述方程中最后三項(xiàng)指數(shù)因子劇烈振蕩，
3、平均起來對脈沖演化過程的影響較小。若將這三項(xiàng)忽略不計(jì)，光脈沖在橢圓雙折射光纖中的傳輸可以用下面一組耦合模方程描述以上方程也稱為耦合NLS方程2.非線性相移無色散交叉相位調(diào)制在連續(xù)波輻射情形下(或脈寬~100ps),忽略以上耦合NLS方程中的時(shí)間導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，可得這兩個(gè)方程描述了雙折射光纖中的無色散交叉相位調(diào)制（XPM）效應(yīng)利用很容易得出Px和Py不隨z變化，而相位的變化方程為相位方程的解為兩個(gè)偏振分量都產(chǎn)生了非線性相移，其大小是SPM和XPM的貢獻(xiàn)之和。實(shí)際上，真正感興趣的量是下式給出的相對相位差若功率為的連續(xù)線偏光與光纖慢軸成角入射，則相對相移為應(yīng)用舉
4、例克爾光閘：用一束強(qiáng)泵浦光感應(yīng)的非線性相移來改變?nèi)跆綔y波在非線性介質(zhì)中的傳輸，原理如下圖所示：探測光的x和y分量之間的相位差為線性雙折射克爾系數(shù)泵浦光強(qiáng)探測光的透射率和相位差的關(guān)系為結(jié)論：當(dāng)Δφ=π或π的奇數(shù)倍時(shí)，克爾光閘的透射率變成100％；當(dāng)相移是π的偶數(shù)倍時(shí)探測光被完全阻擋。響應(yīng)時(shí)間的主要限制因素:泵浦光和探測光之間的群速度失配模式雙折射主要應(yīng)用：全光取樣（如圖所示）波長變換脈沖整形：當(dāng)脈沖通過光纖和檢偏器時(shí)其透射率與強(qiáng)度有關(guān)，即使沒有泵浦脈沖，也可以通過非線性雙折射來調(diào)整脈沖自身形狀。結(jié)果，這樣的器件能阻擋脈沖低強(qiáng)度的尾部，而使其中央較強(qiáng)的
5、部分通過，這種非線性偏振旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象可以用來消除一些壓縮脈沖的低強(qiáng)度基座，還可用作光纖光學(xué)邏輯門，以及光纖激光器的被動(dòng)鎖模。3.偏振態(tài)的演化解析解在準(zhǔn)連續(xù)波情形下，包含時(shí)間導(dǎo)數(shù)的項(xiàng)可以設(shè)為零，若同時(shí)忽略光纖光纖損耗，可得低功率條件下，非線性可以忽略，方程的解為拍長偏振態(tài)一般是橢圓偏振的，并且以拍長為周期做周期性演化。沿光纖任意一點(diǎn)的偏振橢圓的橢圓率和方位角為輸入功率在非線性效應(yīng)比較重要時(shí)，利用歸一化功率歸一化功率和相位差滿足下面的方程：和為常量以上方程存在可用橢圓函數(shù)表示的解析解，其中的解為雅克比橢圓函數(shù)偏振態(tài)的演化可以軌跡形式在橢圓率—方位角平面內(nèi)表
6、示出來邦加球表示法邦加球提供了一種直觀表示偏振態(tài)的方法。在這種方法中，以線性偏振分量表示更為方便，由此得到的方程為引入四個(gè)稱為斯托克斯參量的實(shí)變量，并分別定義為將上面的方程用這四個(gè)參量表示，可得易得：將以上方程寫成一個(gè)單一的矢量方程形式矢量方程包含了線性和非線性雙折射，它描述了在一般條件下，連續(xù)波光場在光纖中的偏振態(tài)的演化。偏振不穩(wěn)定性：偏振不穩(wěn)定性的表現(xiàn)：當(dāng)輸入連續(xù)光的功率或偏振態(tài)有很小改變時(shí)，輸出偏振態(tài)就有很大的變化。偏振不穩(wěn)定性表明，保偏光纖的慢軸和快軸并不完全等價(jià)。偏振不穩(wěn)定性產(chǎn)生的條件：當(dāng)入射功率大到足以使非線性長度與固有偏振拍長相比擬時(shí)
7、，就會(huì)發(fā)生偏振不穩(wěn)定性。為描述偏振不穩(wěn)定性，引入有效偏振拍長為低功率下的偏振拍長當(dāng)線性雙折射和非線性雙折射完全抵消時(shí)，有效偏振拍長變?yōu)闊o窮大，這就是偏振不穩(wěn)定性的起因。偏振不穩(wěn)定性可以用邦加球上橢圓偏振不動(dòng)點(diǎn)的出現(xiàn)來解釋，這兩種觀點(diǎn)是等效的。偏振混沌如果光纖的線性雙折射沿光纖長度被調(diào)制，偏振不穩(wěn)定性可導(dǎo)致輸出偏振態(tài)的混沌。將光纖均勻地纏繞在圓筒上，可實(shí)現(xiàn)對雙折射的調(diào)制。雙折射光纖的纏繞會(huì)同時(shí)產(chǎn)生兩種效應(yīng)：（1）光纖主軸不再是固定的，而是以周期性的方式沿光纖長度旋轉(zhuǎn)；（2）剪切應(yīng)力產(chǎn)生正比于扭曲率的圓雙折射。當(dāng)這兩種效應(yīng)均包括進(jìn)去以后，有圓雙折射單位
8、長度的扭曲率平均模折射率可以通過相位空間和邦加球法近似研究偏振態(tài)的演化。這種方法表明，邦加球上斯托克斯矢量的運(yùn)動(dòng)變得混沌，
