基于时域包络运算和非线性干涉仪的抛物线脉冲产生研究

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抛物线脉冲以其优良特性受到广泛关注,主要体现在两个方面。其一,抛物线脉冲可以在增益光纤中高功率输出而不产生波形畸变,并且带有线性啁啾。因此广泛用于光纤激光器,光放大器中产生超短超高功率脉冲。其二,抛物线脉冲可以通过交叉相位调制(XPM),电光相位调制等物理过程使信号带上线性啁啾,因而在时间透镜,全光信号处理等方面有着广泛应用。现有的抛物线脉冲产生方案主要有两类。第一类是基于自相似传播理论,控制初始光场和光纤参数演化形成抛物线脉冲。第二类是基于抛物线脉冲的频谱特征,利用特定器件频谱整形产生抛物线脉冲。这两类方法都存在参数要求严格的问题。本论文分析研究了抛物线脉冲的时域特征,从时域包络运算和光场干涉强度特性两个方面提出抛物线脉冲产生的机制与方法,具体研究工作包括以下两个部分:提出利用三角脉冲时域相乘产生抛物线脉冲的方案。该方法巧妙利用了数学上二次函数可由一次函数乘积表示的运算法则。由于抛物线脉冲的时域强度特征可由二次函数表示,而三角脉冲的时域强度特征可由一次函数表示,考虑到强度调制可视为一个乘法运算,因此将三角脉冲进行三角时间窗口下的强度调制,可通过这一乘法运算过程得到抛物线脉冲。实验中获得了频率为2 GHz的高质量暗抛物线脉冲和倍频亮抛物线脉冲。通过调整三角脉冲频率实现了系统可调谐性,获得了频率为1 GHz和3 GHz的暗抛物线脉冲以及对应的倍频亮抛物线脉冲。该方法避免了复杂的谱线操控和严格的参数控制,且系统稳定。提出基于非线性干涉仪的抛物线脉冲产生方案。由于光场干涉的强度表达可通过相干光的幅度和相位进行调节,因此,恰当控制干涉光场的强度和相位特征可获得抛物线脉冲输出。这一思想在理论上得到分析,在实验验证中,基于非线性干涉仪结构,可同时得到8 GHz的亮、暗抛物线脉冲。同时,通过调整三角脉冲频率实现了系统可调谐性,获得了9 GHz和10 GHz的亮、暗抛物线脉冲。该方法的非线性调制过程没有带宽限制,且能够同时输出亮、暗抛物线脉冲,整个系统操作简单。本论文的研究工作为如何产生抛物线脉冲提供了新方法,也为如何得到其它形状的脉冲提供了可借鉴的新思路。
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