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色散振荡光纤中的调制不稳定性

发布:laserline    |    2018-06-14 20:34    阅读:294
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最近法国里尔大学和意大利费拉拉大学的研究学者综述了色散振荡光纤中的调制不稳定性和振荡参量放大过程的最新理论和实验过程。

调制不稳定性(MI)是叠加在连续波上的弱扰动呈现指数放大的非线性过程。它已经在物理学的若干领域得到了广泛的研究,包括等离子体物理学、流体力学、玻色-爱因斯坦凝聚体、固态物理学和非线性光纤。调制不稳定性是一个基本的非线性现象,并被公认为是发展更复杂的非线性过程的一个关键因素,如Fermi–Pasta–Ulam 复发,Peregrine and Kuznetsov–Ma孤子形成和超连续谱产生。光纤构成了一个很好的对这些基本现象进行实验研究的平台,因为它们的参数可以通过控制光纤特性或激光束的初始条件来简单调整。此外,从应用角度来看,调制不稳定性提供的宽增益带和大增益值可用于开发高比特率通信应用的光纤参量放大器,全光纤啁啾放大系统中的短脉冲放大器,孤子脉冲发生器或信号处理等等。调制不稳定性可以描述为受能量和动量守恒制约的四波混频(FWM)过程,要获得高效的四波混频,需要满足各频率光波的相位匹配。

在综述中,作者首先对调制不稳定性进行了简短定性的描述,在色散振荡光纤中的调制不稳定性,可以用简单的准相位匹配很好描述,并且可以预测在光纤中产生的多个不稳定调制边带的位置,然后基于Floquet分析对这些波导中的调制不稳定性进行严格的理论研究。从理论中可以推导出准相位匹配预测,并且只要泵浦功率较弱,它就有效,但是并不能得到参数增益的有效表达式。为了绕过这个问题,研究人员从截断三波模型获得每个边带增益的简单解析关系,虽然是近似,但是对设计色散振荡光纤非常有用,可以对调制不稳定性的物理过程进行快速了解。之后作者总结了在光纤中进行的主要实验结果,调制不稳定性可以在色散振荡光纤中观察到不同的调制格式,从正弦形式到狄拉克形式,一个经过优化的形式可以实现用于短脉冲放大的宽且平坦的增益带(12THz)。以上所有的这些研究都是在调制不稳定性在线性状态下进行的,进一步的研究表明该过程在非线性状态下可以实现更复杂的动态过程,即在强泵浦状态下,准相位匹配的边带、谐波或色散波之间可能会发生混合。最后,从理论和实验上研究了由色散振荡光纤构成的被动腔。结果表明,作者第一次在同意物理系统中观察到图灵不稳定性以及法拉第不稳定性,并且可以通过简单地调整泵浦功率从一个不稳定状态切换到另一个不稳定状态。

原文链接:https://www.osapublishing.org/aop/abstract.cfm?uri=aop-10-1-1

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