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[摘要]提出利用色散渐减光纤(DDF)构成的非线性光纤环镜(NOLM)来进行光脉冲压缩的方法并进行相关分析。数值结果表明：利用色散渐减光纤对脉冲的压缩及非线性光纤环形镜的脉冲整形作用，可以获得压缩比高且压缩质量较好的脉冲。
[关键词]色散渐减光纤 非线性光纤环镜 脉冲压缩
中图分类号：O4-0文献标识码：A文章编号：1671-7597（2009）0110094-02
一、引言
随着光纤通信的发展，要求信号脉冲的宽度越来越窄，而现实中的许多光脉冲源直接产生的脉冲已不能满足通信的需求。因此，为了获得高重复率的超短脉冲，需要进行脉冲压缩[1-3]处理。目前，在光纤中利用色散渐减光纤[4-6]的对光脉冲压縮已得到广泛研究。它的优点是压缩比高，但其缺点在于由此方法所得的脉冲有较大的基座，质量较差。而非线性光纤环镜具有脉冲整形的作用。基于此，本文提出一种基于DDF构成的非线性环镜的光脉冲压缩研究方案，实现脉冲的压缩与整形于一体。
二、理论分析
图1为工作原理图。整个环镜由一个光纤耦合器连接一段DDF构成，其中DDF的GVD系数沿环镜顺时针方向缓慢减小。被压缩脉冲由耦合器端口1输入，压缩后的脉冲经耦合器端口2输出。设输入脉冲为下式表示的高阶孤子：
这里N为孤子阶数，它与实际物理量的关系为：
其中，A2和A3分别代表沿环镜顺和逆时针方向传输脉冲的归一化复振幅。r:(1-r)为耦合器的功率耦合比，r为耦合系数，在以下所有计算中，取r为固定值(r=0.55)。
如果输入脉冲宽度远小于脉冲绕环一周所需的时间，则顺、逆时针脉冲在环镜内的相互作用可忽略不计，它们的演化过程可由DDF中的非线性Schrodinger方程描述：
方程(5)可通过分步Fourier变换方法进行数值求解。当顺、逆时针脉冲各绕环镜一周返回耦合器时，环镜透射的信号脉冲为：
（7）
其中，A2‘和A3‘分别表示A2和A3各自绕环一周后返回耦合器（干涉前）的归一化复振幅。
在这里引入两个表征脉冲压缩效果的重要参量：脉冲压缩因子Q和基座能量比Pe,其表达式分别为：
其中TFWHM(0)、TFWHM(L)分别表示入射和出射脉冲的半值全宽度，是放大脉冲的总能量，是假想的双曲正割脉冲能量，任意双曲正割脉冲的能量可由下式计算：
三、数值结果与讨论
图2，3为反向传输的两脉冲到达耦合器内发生相干干涉之前时的脉冲波形。由于脉冲基座的能量远大于峰值的能量，所以在能量重新分配的脉冲压缩过程中，脉冲基座能量的微小变化就可引起峰值能量的巨大变化，这一点体现在高阶孤子效应压缩过程中。由于光纤环顺时针方向为色散渐减过程（相当于等效增益放大器）、而逆时针方向恰恰相反，所以反向传输两脉冲具有强度基本相同的基座但强度差别急剧变大的峰值中心。这种状况一直持续到光纤环长度为1.5km时，此时两脉冲都已结束压缩过程而进入了展宽过程。图4为在光纤环镜中
果比较好，几乎没有基座。这样就获得接近基阶孤子的压缩脉冲。
四、结论
本文提出了一种基于DDF环镜的光脉冲压缩方法，它同时利用了光纤中的孤子效应脉冲压缩机制和非线性光纤环镜的开关特性，获得压缩比高且压缩质量较好的脉冲。
（指导老师：杨敏）
参考文献：
[1]曹文华、陆桂芳，光纤脉冲压缩技术及其进展，光电子技术与信息，1997.(03).
[2]杨小来、靳婉铃、曹文华，基于阶梯色散渐减光纤环镜的光脉冲压缩方法，激光与红外，2006.(05).
[3]杨晓萍、王云才、周希坚，色散补偿和色散位移光纤实现光脉冲压缩，应用光学，2006.(03).
[4]吴再华、曹文华，色散渐减光纤及其应用，激光与红外，2004.(06).
[5]陈昭喜、徐文成、金伟、于丙涛、徐永钊、崔虎、刘颂豪，色散渐减光纤环形镜的一种改进方法，中国激光，2005.(04).
[6]张书敏、吕福云、董法杰、董孝义，色散渐减光纤组成的环形镜对高阶孤子的理想压缩，光子学报，2005.(04).
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
[关键词]色散渐减光纤 非线性光纤环镜 脉冲压缩
中图分类号：O4-0文献标识码：A文章编号：1671-7597（2009）0110094-02
一、引言
随着光纤通信的发展，要求信号脉冲的宽度越来越窄，而现实中的许多光脉冲源直接产生的脉冲已不能满足通信的需求。因此，为了获得高重复率的超短脉冲，需要进行脉冲压缩[1-3]处理。目前，在光纤中利用色散渐减光纤[4-6]的对光脉冲压縮已得到广泛研究。它的优点是压缩比高，但其缺点在于由此方法所得的脉冲有较大的基座，质量较差。而非线性光纤环镜具有脉冲整形的作用。基于此，本文提出一种基于DDF构成的非线性环镜的光脉冲压缩研究方案，实现脉冲的压缩与整形于一体。
二、理论分析
图1为工作原理图。整个环镜由一个光纤耦合器连接一段DDF构成，其中DDF的GVD系数沿环镜顺时针方向缓慢减小。被压缩脉冲由耦合器端口1输入，压缩后的脉冲经耦合器端口2输出。设输入脉冲为下式表示的高阶孤子：
这里N为孤子阶数，它与实际物理量的关系为：
其中，A2和A3分别代表沿环镜顺和逆时针方向传输脉冲的归一化复振幅。r:(1-r)为耦合器的功率耦合比，r为耦合系数，在以下所有计算中，取r为固定值(r=0.55)。
如果输入脉冲宽度远小于脉冲绕环一周所需的时间，则顺、逆时针脉冲在环镜内的相互作用可忽略不计，它们的演化过程可由DDF中的非线性Schrodinger方程描述：
方程(5)可通过分步Fourier变换方法进行数值求解。当顺、逆时针脉冲各绕环镜一周返回耦合器时，环镜透射的信号脉冲为：
（7）
其中，A2‘和A3‘分别表示A2和A3各自绕环一周后返回耦合器（干涉前）的归一化复振幅。
在这里引入两个表征脉冲压缩效果的重要参量：脉冲压缩因子Q和基座能量比Pe,其表达式分别为：
其中TFWHM(0)、TFWHM(L)分别表示入射和出射脉冲的半值全宽度，是放大脉冲的总能量，是假想的双曲正割脉冲能量，任意双曲正割脉冲的能量可由下式计算：
三、数值结果与讨论
图2，3为反向传输的两脉冲到达耦合器内发生相干干涉之前时的脉冲波形。由于脉冲基座的能量远大于峰值的能量，所以在能量重新分配的脉冲压缩过程中，脉冲基座能量的微小变化就可引起峰值能量的巨大变化，这一点体现在高阶孤子效应压缩过程中。由于光纤环顺时针方向为色散渐减过程（相当于等效增益放大器）、而逆时针方向恰恰相反，所以反向传输两脉冲具有强度基本相同的基座但强度差别急剧变大的峰值中心。这种状况一直持续到光纤环长度为1.5km时，此时两脉冲都已结束压缩过程而进入了展宽过程。图4为在光纤环镜中
果比较好，几乎没有基座。这样就获得接近基阶孤子的压缩脉冲。
四、结论
本文提出了一种基于DDF环镜的光脉冲压缩方法，它同时利用了光纤中的孤子效应脉冲压缩机制和非线性光纤环镜的开关特性，获得压缩比高且压缩质量较好的脉冲。
（指导老师：杨敏）
参考文献：
[1]曹文华、陆桂芳，光纤脉冲压缩技术及其进展，光电子技术与信息，1997.(03).
[2]杨小来、靳婉铃、曹文华，基于阶梯色散渐减光纤环镜的光脉冲压缩方法，激光与红外，2006.(05).
[3]杨晓萍、王云才、周希坚，色散补偿和色散位移光纤实现光脉冲压缩，应用光学，2006.(03).
[4]吴再华、曹文华，色散渐减光纤及其应用，激光与红外，2004.(06).
[5]陈昭喜、徐文成、金伟、于丙涛、徐永钊、崔虎、刘颂豪，色散渐减光纤环形镜的一种改进方法，中国激光，2005.(04).
[6]张书敏、吕福云、董法杰、董孝义，色散渐减光纤组成的环形镜对高阶孤子的理想压缩，光子学报，2005.(04).
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”