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自相似抛物型脉冲产生于光纤的正常色散区,具有独特的传输特性。例如自相似脉冲具有抛物线形状,传输过程中随着功率的提高脉冲形状保持不变;能够很好的抵御光波分裂;在传输过程中不存在能量限制问题;自相似脉冲形成过程中所有入射脉冲的能量都转化到输出脉冲中,能量没有损耗。自相似脉冲有着严格的线性频率啁啾,能够进行高效的脉冲压缩,进而获得高功率的超短压缩脉冲。所以研究脉冲的自相似特性在科学研究领域内具有非常重要的应用前景。
本文在对自相似抛物型脉冲的形成机制,研究背景以及国内外发展了解的基础上,从光传输的麦克斯韦方程组出发,推导出光脉冲传输时所满足的非线性薛定谔方程(NLSE)和广义的非线性薛定谔方程,以及求解NLSE常用的数值方法-分步式傅里叶变换方法。首先,详细地介绍了在恒定增益正常色散光纤中形成自相似抛物型脉冲的理论模型,分析表明自相似脉冲的特性与初始脉冲的宽度和形状无关;接着介绍了在纵向增益分布正常色散光纤中自相似抛物型脉冲形成的理论模型,分析表明在纵向增益渐减光纤中传输的脉冲经压缩后可获得最小持续时间的脉冲;随后,利用光子带隙光纤(BGF)具有的反常群速度色散,对单个自相似脉冲和自相似脉冲序列分别进行了压缩,可获得高功率的压缩脉冲。介绍了脉冲在可变参数下的非线性色散渐减光纤(ND-DDF)中传输的理论模型,并对脉冲在恒定色散光纤中和色散渐减光纤中的传输的情况做了对比;最后,考虑了三阶色散对自相似抛物型脉冲传输的影响,从理论上提出了色散补偿方法。