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文檔簡介
1、光學頻率梳是指一系列具有固定譜線間隔的相干譜線,且譜線之間具有穩(wěn)定的相位關系。從頻域上來看,光學頻率梳是一個相干性能良好的大帶寬的梳狀譜,由多個頻率分量組成,因此可以用來作為密集波分復用(DWDM)系統(tǒng)的光源;而從時域上來看,光學頻率梳則對應為一個超短脈沖序列,可以很好地用來作為光時分復用(OTDM)系統(tǒng)的光源。隨著激光技術的日益成熟以及光通信技術的不斷發(fā)展,光學頻率梳由于其廣泛的應用前景吸引了越來越多人的關注,光學頻率梳也成為繼超短脈
2、沖激光問世之后激光技術領域的又一重大突破。由于光頻率在頻域上展現(xiàn)出較大的帶寬,因此可以通過對頻譜的幅度和相位進行調控從而實現(xiàn)光子模擬信號處理。光子模擬信號處理充分利用了光子的巨大帶寬資源、避免了電子瓶頸帶來的限制、提高了系統(tǒng)的實時性,因此在全光通信網絡中占有舉足輕重的地位。此外,硅基波導由于具有結構緊湊、可集成且能與傳統(tǒng)的互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝兼容等優(yōu)點,近年來也越來越受到人們的關注。光子集成電路用于光子模擬信號處理也打開
3、了實現(xiàn)超高速和超寬帶信號處理的可能性。未來的光電子器件也將朝著微型化和集成化發(fā)展。
本研究主要內容包括:⑴介紹了光學頻率梳的特點和性質,以及其研究背景與意義,并概述了光學頻率梳的研究現(xiàn)狀。總結了幾種常用的產生光學頻率梳的方案,并簡要對比分析了這些方案各自的優(yōu)缺點。此外,簡要介紹了開展光子模擬信號處理研究的意義,以及常用的實現(xiàn)光子模擬信號處理的方法,并總結了目前國內外在光子模擬信號處理方面取得的進展。⑵對高非線性光纖(HNLF)
4、在光學頻率梳產生中的應用進行了實驗研究。提出了利用HNLF中的級聯(lián)四波混頻效應產生光學頻率梳的方案、利用HNLF中的自相位調制效應產生光學頻率梳的方案以及同時利用 HNLF中的級聯(lián)四波混頻和自相位調制效應產生光學頻率梳的方案。通過實驗對比分析了 HNLF中級聯(lián)四波混頻和自相位調制效應對于產生的光學頻率梳的性能影響。實驗結果顯示,HNLF中的級聯(lián)四波混頻和自相位調制效應均能產生大帶寬的光學頻率梳,且均具備中心波長以及頻率間隔可調諧。在相同
5、泵浦功率和重復頻率的前提下,基于 HNLF中的級聯(lián)四波混頻效應能產生更多的頻率譜線;而基于 HNLF中的自相位調制效應能得到更平坦的光學頻率梳。此外,對應到時域上,基于這兩種非線性效應均能得到超短脈沖輸出,且脈寬可調諧。⑶提出了一種使用級聯(lián)時域透鏡產生光學頻率梳的方案。首先基于空間-時間二元性和時域-頻域二元性,詳細介紹了時域透鏡的概念、時域成像的條件以及頻域泰伯(Talbot)效應成立的條件。利用兩個時域透鏡級聯(lián),分別實現(xiàn)了頻域-時域
6、映射和頻域Talbot效應。頻域-時域映射得到了多頻率分量輸出;在此基礎上,再利用頻域Talbot效應,對頻率間隔進行進一步分割,產生新的頻率分量,實現(xiàn)譜線數(shù)量成倍增加。實驗結果表明,基于級聯(lián)時域透鏡能產生光學頻率梳,且譜線數(shù)量和頻率間隔均能實現(xiàn)靈活調諧。⑷使用硅基光子器件作為頻譜調控器件,開展了光學頻率梳在光子模擬信號處理中的應用研究,實現(xiàn)了一階光學微分器、一階光學希爾伯特變換、可調諧分數(shù)階微分器以及簡單的光學任意波形產生。其中,基于
7、單個微盤諧振器,既能實現(xiàn)一階光學微分也能實現(xiàn)一階光學希爾伯特變換,且首次從實驗上驗證了兩者之間的聯(lián)系與區(qū)別。實驗結果顯示,當輸入信號具有較大脈寬時,單個微盤諧振器可以用來作為光學微分器;當輸入信號具有較小脈寬時,單個微盤諧振器能用來作為光學希爾伯特變換器。⑸提出了一種基于光學頻率梳和電調微環(huán)諧振器來實現(xiàn)時域隱身的方案。提出將光學頻率梳與電調微環(huán)諧振器結合,代替時域透鏡的功能,模擬分析了其實現(xiàn)時域隱身的可行性。并進一步從實驗上,實現(xiàn)了對時
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