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五阶非线性下脉冲时延对双脉冲啁啾和频谱的影响

钟先琼  向安平  
【摘要】:当不同载频的两光脉冲在光纤中传输时,若只考虑光纤非线性效应即交叉相位调(XPM) 效应的影响,则脉冲的形状不变,但要产生一个与时间相关的非线性相移,形成频率啁啾, 从而导致脉冲的频谱展宽。因此,XPM 效应在频率转换器、超快光开关等领域有重要应用。同时,也会影响光纤通信系统性能。目前,三阶非线性下的 XPM 已得到广泛的研究, 但随着高非线性光纤(如半导体掺杂光纤、有机聚合体光纤等)的发展,在中等功率的光作用下光纤的五阶甚至更高阶非线性即可表现出来。因而人们开始对五阶非线性下的自相位调制效应、调制不稳定性等现象的研究感兴趣。而五阶非线性下光纤中 XPM 的研究则少见报道。本文从光纤中包含五阶非线性的扩展耦合非线性薛定谔方程出发,在忽略色散和脉冲间走离效应的情况下(这在光纤长度远小于色散长度和走离长度时是可行的),对非同步输入的高斯双脉冲在五阶非线性光纤中的非线性传输特性进行了研究,分析和计算模拟了不同五阶非线性系数和脉冲初始时延参数下一强一弱的两高斯脉冲的非线性相移、频率啁啾和功率频谱。结果表明,正五阶非线性可增大双脉冲的非线性相移和频率啁啾,使频谱谱峰数目增多,谱宽加宽。而负五阶非线性的作用则相反。脉冲间初始时延的存在则使双脉冲的非线性相移、正负频率啁啾和功率频谱出现了不对称。不对称的程度和方式则与初始时延参数的正负及绝对值大小有关。随着初始时延参数绝对值的增大,不对称的程度加大。当脉冲 1落后于脉冲2时,脉冲1产生的正(负)啁啾靠近(远离)脉冲中心移动,使脉冲1的蓝移分量能量强于红移分量,从而导致脉冲1监移的频谱,而脉冲2的情形则相反,形成红移的频谱。反之,当当脉冲1超前于脉冲2时,脉冲1的频谱红移,脉冲2的频谱蓝移。当两脉冲间的时延参数较大时,两脉冲的啁啾图形状将由单“S”形变为双“S”形,入纤功率较小的脉冲的频谱甚至会出现完全蓝移或红移的情况。若两脉冲的入纤功率相同,则两脉冲的频谱将互成镜像。下面 a 和 b 图即给出了脉冲1延迟于脉冲2时1和2的频谱,各参数的设置已标入图中。本文讨论的蓝移或红移频谱的产生对频率上或下转换技术是有利的。

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