高阶效应对超短光孤子脉冲传输特性的影响及其抑制方法

采用时域和频域复合控制方法,建立了光脉冲的传输方程,研究了高阶效应条件下飞秒和短皮秒光孤子系统中抑制孤子自频移(SSFS)和定时抖动影响的可行性和有效性采用变分法分析了高速啁啾高斯准孤子在高阶色散、自陡峭效应和自频移条件下的传输演化特性针对高阶效应对孤子传输特性的影响和产生定时抖动机理,采用时频复合控制方法,消除了自陡峭和受激Raman散射效应的影响,稳定了孤子中心频率,有效抑制了由高阶效应产生的系统定时抖动.设计了160Gb/s长距离高速孤子传输系统并对传输特性进行了数值模拟,所得结果与理论分析完全一致,结果对高速长距离通信系统的设计有指导意义.     

基于色散渐减光纤环镜的光脉冲压缩方法

提出了一种基于色散渐减光纤环镜的光脉冲压缩方法. 理论计算表明, 该方法不仅能避免常规孤子效应脉冲压缩过程中由于非线性效应引起的脉座和频率啁啾, 而且可克服绝热孤子压缩技术光纤长度随输入脉宽增大而指数规律增大的困难. 对于峰值功率达到一定程度的输入脉冲, 压缩后的输出脉冲均接近基阶孤子, 且输出性能对环镜长度的选取误差不敏感, 同时还具有比绝热孤子压缩技术更强的抗高阶效应能力和抗初始频率啁啾能力, 表明了该方法的有效性和实用性.     

光孤子通信系统中编码孤子脉冲序列的演化问题

在数值模拟的基础上引入孤子相互作用传递速度，码元关联长度等概念，将一般编码孤子序列的演化问题归结为无定向圆环上有限个不等价码字的演化问题，从而给出了系统研究一般编码孤子序列演化特性的线索，通过分析无定向圆环上（ｐ，ｑ，ｒ）型码的演化规律，显示出以光孤子－呼吸子序列作为光纤通信信号序列的可能性，提出了光孤子－呼吸子通信系统的设想。     

一种基于交叉相位调制的增强型孤子效应脉冲压缩方法

提出了一种新的增强型孤子效应脉冲压缩方法,即让两个中心波长比较接近的脉冲在光纤反常色散区共同传输,与传统的单脉冲压缩相比,交叉相位调制可使得双脉冲的孤子效应压缩得到显著增强,计算表明,交叉相位调制不仅能有效地提高脉冲的孤子效应压缩得到显著增强,计算表明,交叉相位市制不 能有效地提高脉冲压缩比,而且能大幅度缩短脉冲压缩所需的光纤长度,还进上步就脉冲离散效应、Ｒａｍａｎ自散射效应、以及寝输入肪宽不匹配     

光整流法产生THz辐射转化率的理论分析

从理论上分析了超短激光脉冲在二阶非线性晶体中光整流效应产生THz辐射的过程，讨论了影响激光能量转换为THz辐射能量的效率的各种因素；入射激光脉冲宽度对转换效率影响非常大．对于一般二阶非线性晶体，当晶体厚度等于相干长度Lc时，光对THz的转换效率最高．对于周期性极化的非线性晶体，在忽略介质吸收的情况下，转换效率与介质厚度成正比．考虑介质对THz的吸收，晶体的有效长度Leff=0．63／α,再增大晶体长度，转化效率将没有明显增加，并最终趋于常数．     

光纤Bragg光栅的复合孤子

基于耦合模式方程，描述了单个孤子和复合孤子的特性。结合仿真指出3个主要参数无因次群速度、归一化频率和光栅强度对形成的孤子特性的影响。提出新型的光栅复用的并联与串联设计，并联光栅可以产生线性叠加复合孤子，串联光栅产生非线性叠加复合孤子，并得到两个通用表达式。从理论上证明复合光栅孤子作为光通信信号具有优越性和灵活性。     

随机双折射光纤中色散控制孤子的相互作用

构建了高速色散控制系统中的孤子传输模型, 导出了随机双折射光纤中OTDM孤子的多重相互作用方程, 并用分步Fourier方法对偏振模色散影响下两类系统中孤子相互作用进行了分析. 揭示了同时考虑偏振模色散和色散控制时孤子相互作用的规律和碰撞长度的变化, 证明了色散控制孤子在相互作用过程中对偏振模色散仍表现出坚挺的粒子性.     

具有切换时延的抢占和非抢占式光交换调度研究

在分组交换和路由器设计中弓』入光交换技术，在可升级性、带宽、功率消耗和成本等多方面具有好处．然而，光交换机的切换时延比电交换机的切换时延长得多，使得传统面向电交换的时隙调度算法不适合于光交换环境，因此，需要设计新的调度算法，以便在传输的时隙空隙和切换次数间找到折衷．将此类光交换调度问题分为抢占式调度和非抢占式调度两种不同情形，分析并指出了它们各自的优缺点．尽管非抢占式调度不利于在时隙空隙和切换次数间取得折衷，但对于任意的切换时延，给出的基于最大加权匹配的贪心算法都可以实现2-近似（成本不高于最优调度的两倍），而且算法复杂度不高，为O（N^2）．对于抢占式调度，也给出了一种新颖的调度算法——2-近似启发式算法．每次在查找交换机的切换矩阵时，该算法都能保证剩下的业务矩阵都是2-近似的．仿真结果和分析表明了2-近似启发式算法：1）非常逼近最优调度；2）比ADJUST和DOUBLE算法无论是在业务传输时延，还是在计算复杂度上，都有显著改善．     

啁啾飞秒激光脉冲在ZK7玻璃中成丝传输的物理特性

采用具有不同初始负啁啾量的飞秒激光脉冲, 研究了其在ZK7玻璃中非线性成丝传输的物理特性. 实验表明激光成丝的阈值功率随着脉冲初始啁啾量的增大而升高, 但啁啾导致的光学细丝长度将逐渐变长. 通过光丝超连续谱的测量与分析, 发现了啁啾激光成丝过程中等离子体的非线性作用随着初始啁啾量的增大而减弱, 并在较长空间距离内形成了非电离特性占主导的光学成丝的新现象. 另外, 实验观察到了啁啾脉冲激光成丝过程中的多光丝干涉图像, 理论分析和讨论了非电离光学成丝的物理机制. 这些研究结果表明初始啁啾量对于超短激光脉冲成丝过程将起到至关重要的作用.     

SOI光波导器件和集成光开关矩阵的研究进展

SOI(Silicon-on-insulator, 绝缘衬底上的硅)是一种折射率差大、波导传输损耗小的新型材料, SOI基光电子器件具有与微电子工艺兼容、能够实现OEIC单片集成等优点, 近年来受到越来越多的重视. 文中重点研究了SOI波导器件的新进展, 采用高效数值模拟方法研究得出了精确的SOI矩形和梯形大截面脊形波导的单模条件, 设计和制作了单模脊形光波导、多模干涉耦合器(MMI)、可变光衰减器(VOA)、马赫-曾德尔干涉型2×2热光波导光开关, 在此基础上首次研制出4×4和8×8 SOI平面集成波导光开关矩阵.     

20 Gbit/s光时分复用信号的产生及其色散补偿传输

采用光纤耦合器环状连接法实现了 8× 2 .5Gbit/s光时分复用信号的产生 .同时 ,利用悬臂梁调节机构对 1 2cm长均匀光纤光栅进行波长和线性啁啾调谐后 ,实现了 2 0Gbit/s信号在 1 0 0kmG6 5 2光纤中的色散补偿传输 ,且补偿效果良好     

带前置光放大的星间微波光子链路建模及性能优化

摘要考虑到星间微波光子链路中信号经远距离传输损耗大，利用前置光放大来提高链路的信噪比．建立了带前置光放大的星间微波光子链路模型，利用Bessel函数展开和Graf加法定理推导出了信噪比（SNR）的解析表达式．确定了对链路影响最大的主要噪声成分，在不同前置放大器增益的条件下，对调制器直流偏置相移进行了优化，使得在给定SNR要求下所需激光器输出光功率最小，并进一步分析了前置放大器增益对最小激光器输出功率和最优直流偏置相移的影响．数值仿真结果表明：随着前置放大器增益的增加，达到指定SNR所需的激光器输出功率变小，相应的最优直流偏置相移先减小后增大．对于QPSK调制信号，未加前置放大器时，SNR要达到15．56dB（BER=10-9），激光器输出光功率至少为45dBm，而前置放大器增益为15dB时，只需要22．57dBm．     

光和物质间的首次量子隐形传送

量子隐形传送的概念一以无实体的传输方式把量子系统的状态输送到其它地方一首次在两个不同光束间的传输实验中得到了实现。后来将一个选定离子的特性传输给另一个相同类离子也变得可能。以马普学会教授Ignacio Cirac和哥本哈根NielsBohr学院教授Eugene Polzik为首的科学家团队证明了光脉冲的量子态也能被传输到宏观物体上。这是在不同状态物体间进行的首次成功的量子隐形传送一动态的光和静念的原子之间。这种成功的结果不仅是基础理论研究,而且最根本的是在量子计算机或代码数据传输(量子加密)领域具有现实应用的意义。自从上世纪90年…     

光学系统的微小化三维集成

本文介绍作者提出的基于晶体光学原理的三维光学系统微小化集技术的进展，着重介绍光折变晶体的微系统单块集成技术，即在一块铌酸锂晶体中空间选择性地生成各种所需的局域全息光学元件或功能元件，讨论所发展的新的非挥发光折变全息的机理、材料、方法和应用，以及实现大规模光交换开关矩阵的可能。     

脉冲管制冷机多种直流效应研究进展

脉冲管制冷机是一种有很好应用前景的小型低温制冷机．首先简要介绍了脉冲管制冷机的发展历史，指出脉冲管制冷技术的改进和理论发展与对其内部直流效应的研究密切相关．然后概述了直流效应的发现历程和分类，首次提出了直流的物理意义包含驱动机制和传输机制两个要素，明确了直流的驱动机制是流动和温度的不对称性，传输机制是靠环路或涡量两种方式进行非线性耗散．接着重点介绍近二十年来国内外在脉冲管制冷机直流效应研究方面所取得的重要进展，包括在Gedeon流、Rayleigh流、第三种直流、蓄冷器内的环流4种主要的直流上取得的重要突破和创新．针对Gedeon流主要回顾了理论和实验分析的研究，对不同的抑制方法进行了归纳总结．对于Rayleigh流主要阐述了二阶质量流的解析特点和关于锥形脉冲管的研究．还指出了目前对第三种直流和蓄冷器内环流研究的成果和不足，概述了直流的实验测量技术发展现状，最后扼要地对脉冲管制冷机直流效应研究还存在的问题和该研究领域的发展方向进行展望．     

准相位匹配PPLN波导全光开关特性研究

本文利用一种具有半圆形极化畴结构的PPLN晶体，在慢变振幅近似条件下，基于二阶非线性效应并考虑到控制光和信号光简并二波耦合时周期性极化铌酸锂波导内的耦合模方程，用数值方法对小信号时相位失配情况下的全光开关特性进行了研究，分析了由于光栅周期、晶体温度和控制光波长变化引起的相位失配对输出的信号光功率的影响，并给出了输出信号光功率与控制光功率之间的关系曲线。发现在相位失配的情况下增大控制光的功率可以达到信号光的关断，具有较好的开关特性。     

激光混沌同步及其在光纤保密通信中的应用

通过耦合激光混沌同步系统和光纤传输信道, 提出光纤混沌保密通信设想; 建立了半导体激光器激光混沌反馈同步系统, 导出了同步误差和解码公式; 模拟实现了波长1.31 μm分布反馈半导体激光器的两个激光混沌系统的同步, 其同步误差几乎为零; 分析了系统参数失配、同步暂态响应、噪声影响; 提出了增加反馈系数提高同步和抗干扰的方法. 分析了光纤中的群速度色散效应和自相位调制对激光混沌信号及其同步的影响, 发现群速度色散不仅会影响脉冲的形态, 而且会影响激光混沌同步及其解码, 限制光纤混沌通信的传输距离; 而自相位调制却并不影响脉冲的形态, 但产生的非线性相移却会影响激光混沌同步及其解码, 限制光纤混沌通信系统的传输距离, 并由此导出了光纤混沌通信中的最大光功率公式; 数值模拟了远程光纤混沌保密通信的振幅调制和参数调制的应用方法.     

生物能量在生命体中传递的新理论及实验证实

我们从蛋白质的分子结构和ATP水解所放出能量的特征出发,提出了一个新的生物能量传递理论。并用新的哈密顿函数和波函数代替了原来旧的函数,用解析的方法求出了传递生物能量的孤子在其生理温度和它的寿命时间内能够传递过上千个氨基酸分子,于是它可能是传递生物能量的真正载流子。用解析和数值模拟的方法研究了这种传递生物能量孤子的特性和在生理温度300K时的热力学稳定性,证明了这种孤子在生理温度时是十分稳定的,它的寿命能达到300ps,可能是生物能量的传递者。再通过实验测定了在胶原蛋白和牛血清蛋白等(-螺旋蛋白的光谱特性及其在27-95℃范围内其谱线分布和谱线强度随温度的变化,把所检测的三个结果与能量传递的理论预示的结果相比较,发现它们完全一致,从而从实验上证明了在蛋白质分子中建立的生物能量传递理论是正确的。而理论预示的孤子是蛋白质当中生物能量传递的真正载流子。     

对位取代苯乙烯吡啶衍生物分子内电荷转移与双光子吸收效应关系的研究

以对位取代苯乙烯碘化吡啶为体系，进行了“D-π-A”型化合物分子内电荷转移 (ICT) 与双光子吸收效应关系的研究. 在锁模Nd∶YAG脉冲激光器（1064 nm, 40 ps脉宽）抽运下, 通过开孔Z-扫描技术测量双光子吸收截面、双通道能量计测试输入/输出(或透过) 曲线和双光子上转换激射效率、条纹相机记录双光子荧光寿命和双光子上转换激射谱等测试方法，系统研究了双光子机制导致的双光子吸收效应，如光限幅特性、双光子上转换荧光及双光子上转换激射等光物理性能，并结合理论计算研究了激发态分子内电荷转移对双光子吸收截面的影响.     

光在介质层中的路径散射及在下垫面的多次反弹

辐射传输方程通常用于解有限厚度水平均匀介质层中光的透射和反射。全当下垫面的边界条件下不能简化时，光在介质层中的辐射传输与下垫面的反射的相互影响，使方程的求解极为复杂和困难，其解也难于理解与验证，将这一复杂耦合系统分解为假定下垫面无反射时光的路径散射和光在介质层与其下垫面之间的多次反弹，导出了下垫面非Ｌａｍｂｅｒｔ时多次反弹的四通量完整公式，并进而对路径散射建立了有明确物理意义的解析近似，为建立三维