封面说明

正光的群速度操控在全光信号处理、光与物质相互作用、超灵敏传感以及时间隐身等诸多领域中具有广泛的应用前景.在单级布里渊光纤激光振荡结构中,受激布里渊散射效应产生的斯托克斯光形成激光振荡,泵浦信号光频附近因共振损耗引起强烈反常色散,引起光群速度的提升,因而实现泵浦光信号的时域加快.上海交通大学詹黎课题组利用布里渊激光振荡结构在光纤中实现超光速级     

光纤布里渊激光振荡腔的级联超光速传输及时域提前的拓展

光的群速度操控在全光信号处理、光与物质相互作用、超灵敏传感以及时间隐身等诸多领域中具有广泛的应用前景.本文报道利用布里渊激光振荡结构在光纤中实现超光速级联传输,实验证实超光速信号和普通光信号一样可以通过级联或中继来提高信号的时间提前量.实验显示,高斯光脉冲信号在两个单频布里渊激光振荡腔中级联经历了负群速度超光速传输,实现超光速传输距离及时间加快量的有效增加,最终实现了365.8 ns的信号加快.该级联方案为进一步实现长距离大信号加快量的超光速传输提供了新的解决方案.     

掺铒光纤激光器中增益支配光孤子的被动谐波锁模

报道了在全正色散掺铒光纤激光器和工作在正色散区的掺铒光纤激光器中产生的增益支配光孤子的被动谐波锁模实验观测结果, 产生的增益支配光孤子具有陡峭的光谱边缘, 实现了超模抑制大于35 dB的增益支配光孤子的被动谐波锁模.     

掺杂铌酸锂晶体高增益角度范围的加宽

近年来,光折变效应的研究正在向深度及广度方向发展.其中光学信号放大作为一项专门的应用受到了普遍关注.人们利用调节样品最佳掺杂种类及浓度或采用一些特殊技术来提高光折变晶体的增益.但是,迄今为止,高增益的角度响应范围一般是较窄的,即指数增益系数Γ随光束夹角2θ的依赖关系曲线有明显峰值.本文首次报道了有效拓宽掺杂铌酸锂(LINbO_3,简写作LN)晶体高增益角度响应范围的实验结果.给出了大角光致散射效应加强能量耦合的机理分析.文中还首次报道了透射信号的放大倍数γ超过入射光束光强比β的结果,以及较高起始衍射效率较大增量的自增强的结果,且比较了不同泵浦光光束尺度对放大倍数的影响,从而进一步支持了我们的机理分析.     

二维光子晶体线缺陷波导慢光抽运增强光参量增益

推导了非线性光子晶体线缺陷波导中抽运光群速度与光参量放大增益的理论模 型. 理论结果表明, 慢光抽运可以增强光参量放大效应. 为获得相同的增益, 当波导长度不变时, 慢光波导所需的抽运光功率可以减少为普通波导的(v_gn/c)²; 当抽运光功率不变时, 慢光波导所需的长度可以减少为普通波导的(v_gn/c)², 其中n为普通波导的材料折射率, v_g为慢光波导的群速度, c为真空中的光速. 数值计算结果验证了我们的理论预测.     

一种只需单个判决阈值的全光误码指示新方法

提出了一种基于自相位调制和带通滤波的全光误码指示新方法. 放大后的原比特流经过高非线性光纤的自相位调制和带通滤波器的带通滤波后输出误码指示信号流, 原比特流中的误码对应误码指示信号流中的高峰值功率脉冲, 而原比特流中的“1”码和“0”码对应误码指示信号流中的低峰值功率脉冲, 并且误码指示信号流与经过光延迟线的原比特流同步. 因此, 仅需在误码指示信号流中设置一个阈值就能判定原比特流中误码的位置. 通过数值实验, 我们对速率为80 Gb/s的归零码系统进行了验证. 该方法可作为未来采用归零码型的超高速光传输系统中误码指示的一种可选途径.     

基于SOA-XGM全光波长变换的实验研究

在反向注入辅助光的条件下对基于半导体光放大器(SOA)中交叉增益调制(XGM)的全光波长转换进行了研究, 分析了该方案中转换信号的眼图消光比、信噪比与所注入辅助光的功率、波长之间的关系. 实验结果表明, 注入适当功率和波长的辅助光后, 转换信号的眼图信噪比可提高6~10 dB, 明显改善了转换信号眼图的质量, 降低了系统的误码率, 提高了系统的灵敏度.     

掺Er石英光纤超荧光特性研究

稀土掺杂光纤的激光以及放大特性已经受到普遍重视,最近光纤中的超荧光——放大的自发辐射(ASE)也引起了关注,作为一种宽带辐射源,光纤超荧光源在光纤传感器件方面,特别是光纤陀螺和一些信号处理光纤系统中都有着广阔的应用前景。由于掺杂光纤中的高增益,光纤中的超荧光能达到较高功率的输出,并且其波长稳定性好,容易耦合到其它     

75 fs全光纤超短脉冲激光器

报道了利用光纤非线性偏振旋转锁模方法, 使用正常色散的高掺铒光纤提供高增益的同时, 补偿谐振腔中普通单模光纤的反常色散, 在展宽脉冲光纤环形激光器中直接产生了75 fs的超短脉冲输出. 在125 mW的抽运光功率下, 其平均输出功率大于15 mW, 重复频率为25.9 MHz, 光谱宽度达到53 nm, 同时输出脉冲的能量也获得了极大的提高, 单脉冲能量达到0.6 nJ. 该激光器操作简单, 在锁模情况下运行稳定, 其全光纤结构更有利于小型化和便携化.     

C波段单泵浦光子晶体光纤拉曼放大器

为了克服传统光纤的拉曼增益效率系数低, 而且极不平坦给光纤拉曼放大器设计带来的复杂性和制造成本的提高, 本文提出了一种新型双芯光子晶体光纤, 通过对该光子晶体光纤横截面结构的合理设计, 可使该光子晶体光纤在一定的波长范围内具有比传统光纤更高和更平坦的拉曼增益效率系数谱. 利用该光子晶体光纤设计了一个波长范围在1530~1565 nm的C波段拉曼放大器, 数值计算结果表明, 仅用一个泵浦的情况下, 该光子晶体光纤拉曼放大器的平均增益可达8.7 dB, 且增益波动小于0.9 dB, 比标准单模光纤构成的拉曼放大器性能有非常大的提高.     

Er~(3+)掺杂光纤中的孤子放大与最佳泵浦

为克服光纤损耗对孤子的衰减,必须进行孤子能量补偿.Er~(3+)掺杂光纤泵浦效率高,增益频带宽,插入损耗低,利用其实现孤子放大是理想的实际方案.实验研究也已见报道.为优化孤子放大系统设计,我们利用半经典理论建立了Er~(3+)掺杂光纤中孤子的传输模型,根据该模型,给出了透明传输的最佳泵浦条件.结果与分布放大实验符合较好.这一工作未见报道,对系统设计甚为有用.     

随机增益介质中准态模的激发与随机激光的形成机制

随机激光是随机增益介质中的受激辐射现象, 其形成机制是理论和实验中感兴趣的问题. 通过复折射率的虚部将光学增益引入介质中, 采用时域有限差分法研究了非增益随机介质中准态模的频谱和空间分布特性, 以及增益介质中准态模的放大特性, 并用随机激光的准态模理论解释了随机激光的形成机制. 模拟结果显示, 非增益随机介质中的准态模相当于传统激光腔的腔模, 在增益介质中能被放大. 当增益大于阈值时, 一些准态模在增益介质中被放大, 形成随机激光.     

基于飞秒掺钛蓝宝石激光器和光子晶体光纤的超高分辨光学相干CT

通过将飞秒激光脉冲耦合到空气石英微结构光纤, 获得了超高纵向分辨率的光学相干CT成像. 利用中心在540 nm、可见光谱范围450~700 nm的超连续光谱, 可以获得高达0.64 µm的自由空间纵向分辨率. 光学相干CT系统灵敏度在样品光功率3 mW时, 可达到108 dB, 仅仅低于理论极限7 dB. 同时展示了亚细胞分辨的光学相干CT的图像, 该高分辨光学相干CT在生物医学应用中有很好的前景.     

外部FP-LD光注入下多模FP-LD的调制响应特性理论研究

对FP半导体激光器(从FP-LD)在另一个FP半导体激光器(主FP-LD)的强光注入下, 其调制响应特性进行了理论研究. 研究结果表明: 从FP-LD的调制响应特性与外部光注入强度、主从FP-LD之间的中心频率失谐以及模式间隔差等密切相关. 随着主FP-LD注入强度的逐渐增加, 从FP-LD的3 dB调制带宽将增大; 进一步地增大注入强度将导致弛豫振荡峰的前端已经降到3 dB以下, 从而使3 dB调制带宽迅速减小. 随着主从FP-LD之间的中心频率失谐量?f的逐渐增加, 对于较小的光注入强度, 3 dB带宽呈现单调增加的趋势, 直到FP-LD工作在单周期(P1)状态; 对于较大的光注入强度, FP-LD注入锁定的频率失谐范围较大, 在注入锁定范围内, 可观察到随着失谐量?f的逐渐增加, FP-LD的3 dB调制带宽先增大后减小. 对于给定的光注入强度以及频率失谐量, FP-LD的3 dB调制带宽随模式间隔差的分布存在两个极大值. 通过合理地选择系统参数, 可以使FP-LD的频率响应特性得到显著改善, 其3 dB调制带宽可达自由运转时的5.5倍.     

高性能紫外写入光纤Bragg光栅的研制

自从MeliZ等人用全息干涉方法在光纤上制作出第一支Bragg波长位于通信波段的光纤光栅以来,用紫外光从光纤侧面直接在光纤芯区形成轴向Bragg光栅的技术一直受到人们的广泛关柱.近年来,随着世界范围建设“信息高速公路”热潮的兴起,人们逐渐认识到从光纤通信、光纤传感到光计算和光学信息处理的整个光纤领域都将由于光纤光栅的实用化而发生革命性的变化.尤其是在光纤通信方面光纤光栅将影响到从光发送、光放大、光纤色散补偿到光接收的几乎每个方面,是下一代超高速光纤通信系统中不可缺少的重要组成部分.对光纤光栅的研究目前已受到国际光纤领域的普遍重视.由于光纤光栅在制作高性能光纤器件和未来超高速光纤通信系统中的重要应用价值以及在其他领域中的广泛应用前景,光纤光栅已成     

检测强噪声背景下周期信号的混沌系统

用混沌系统实现了对强噪声背景下周期信号的检测. 仿真实验表明, 由修正的Duffing-Holmes方程所构成的混沌系统对被噪声覆盖的微弱周期信号非常敏感, 对噪声具有一定的“免疫力”, 其信噪比工作下限可达到约-91 dB.     

空间目标单光子探测光纤接收方式的研究

空间目标探测中常常遇到极微弱光回波的探测问题,望远镜接收到的光信号仅有很少的光子数,甚至单光子.我们把单光子探测器运用在空间目标探测中,一方面光纤接收方式具有若干潜在优势,另一方面由于目前所用的单光子探测器的光纤接收模式的限制,决定了在空间目标的单光子探测中应用光纤接收方式.对于回波的光纤接收方式的研究将有力促进空间目标单光子探测技术的发展.     

基于光子晶体的楔形槽波导的慢光效应分析

提出了一种基于光子晶体楔形槽波导来实现光速减慢的方案, 该方案通过改变光子晶体槽波导中空气槽的宽度来改变导波模的色散特性. 当空气槽的宽度减小时, 导波模色散曲线向低频方向移动. 当某个频率的光沿着光子晶体楔形槽波导传播时, 群速度逐渐减慢, 在满足截止频率条件时群速度降为0. 另外, 空气槽内可以填充其他低折射率的电光或高非线性材料, 被束缚在槽内的慢光与槽内填充物质的相互作用加强, 可以用来实现小体积高灵敏度的各种全(电)光器件, 而且这种光子晶体楔形槽波导通过结构参数优化能够实现慢光的色散补偿, 为实现无高阶色散的超宽带慢光提供了可能.     

基于半导体光放大器偏振自旋转的全光2R再生

提出了一种基于半导体光放大器(SOA)偏振自旋转效应的全光2R(再放大和再整形)再生方案. 通过建立理论模型, 对全光2R再生性能进行了数值仿真, 并完成了在10 Gbit/s的速率下的实验验证. 实验结果证明: 通过全光2R再生后, 信号光的消光比提高了8.3 dB. 在误码率测试方面, 功率代价改善了6 dB. 该方案结构简单, 可以实现光子集成.     

基于化合物半导体材料高速光开关的研究

高速光开关及光开关阵列是全光交换的核心器件. 首先给出全内反射型光波导光开关器件的理论分析模型, 并基于GaAs材料中的载流子注入效应, 采用GaAs-AlGaAs双异质结结构, 研制了工作波长在1.55 µm的X结全内反射型和马赫曾德干涉型两种结构的光开关. 测试结果表明, 开关的消光比均超过20 dB, 开关速度达到10 ns量级.