Исследование распространения волн в нелинейных нерегулярных волноводах, предназначенных для компрессии и ограничения мощности световых импульсов

• Автор: Беккер, Элла Валерьевна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 125 с. : ил

Содержание
Введение
1. Методы описания распространения полного поля в нерегулярных световодах.
1.1. Введение
1.2. Обзор эффективных методов описания распространения полного
поля в нерегулярном волноводе
1.2.1. Методы прямого численного моделирования
1.2.2. Полуаналитические методы
1.3. Оценка применимости параксиального приближения для описания распространения поля излучения в планарном волноводе со ступенчатым профилем распределения показателя преломления
1.4. Выводы по первой главе
2. Использование нелинейного эффекта самофокусировки в цилиндрических световодах с резким изменением радиуса сердцевины для синхронизации мод волоконного лазера.
2.1.Введени е
2.2. Оценки влияния керровской нелинейности на коэффициент пропускания световода с резким
изменением радиуса сердцевины
2.3. Численное моделирование распространения поля в
световоде с резким изменением радиуса сердцевины
2.4. Пропускание нелинейного одномодового световода с
резким изменением радиуса сердцевины
2.5. Влияние нелинейности на коэффициент преобразования поля [.Рог моды первого участка нерегулярного световода в поле ЬРо1 моды второго
2.6. Влияние нелинейности на пропускание нерегулярной структуры, первый участок которой является одномодовым световодом, а второй - двухмодовым

2.7. Эффективность компрессии импульсов в световоде с резким изменением радиуса сердцевины
2.8. Обсуждение возможностей улучшения эффективности использования нерегулярных световодов как
внутрирезонаторных компонент для компрессии импульсов
2.9. Выводы по второй главе
Ограничение мощности импульсов в планарных волноводах, содержащих слои с периодически изменяющейся по знаку керровской нелинейностью.
3.1. Введение
3.2. Описание планарных волноводов, содержащих слои с периодически изменяющейся по знаку керровской
нелинейностью
3.3. Влияние керровской нелинейности на пространственные и дисперсионные характеристики полей в планарных
волноводах со ступенчатым профилем распределения
показателя преломления
3.4. Применение ТБЕО-ВРМ к изучению распространения поля
в планарных волноводах
3.5. Численные результаты
3.6. Выводы по третьей главе
Численное исследование нелинейной динамики
последовательности импульсов в лазере с аддитивной синхронизацией мод.
4.1. Введение
4.2. Построение модельного отображения для лазера с аддитивной синхронизацией мод
4.3. Результаты численного исследования модели лазера с аддитивной синхронизацией мод
4.4. Выводы по четвертой главе
Заключение
Список использованных источников
Введение.
Общая характеристика работы.
Актуальность темы. Лазеры с пассивной синхронизацией мод позволяют генерировать высокоинтенсивные импульсы длительностью от нескольких десятков до нескольких сотен фемтосекунд [1-5]. Использование механизмов синхронизации мод, основанных на керровской нерезонансной нелинейности, позволяет создавать лазеры, генерирующие фемтосекундные импульсы в широком диапазоне длин волн. Такие лазеры перспективны для использования в высокоскоростных системах связи и для исследования быстропротекающих процессов в физике, химии, биологии.
Волоконные лазерные конфигурации привлекают внимание как перспективные, надежные, дешевые и компактные источники ультракоротких импульсов. Известный недостаток волоконных лазеров - генерация импульсов относительно малой мощности - активно преодолевается в последнее время с помощью использования многомодовых волокон [6]. В перспективе, в этих целях могут быть использованы одномодовые волокна с сердцевиной большего радиуса, такие как многослойные [7], а также фотонно-кристаллические одномодовые световоды [8].
Волоконные лазеры с пассивной синхронизацией мод, традиционно основанной на эффекте фазовой самомодуляции, обычно реализуются в двух вариантах: кольцевого лазерного резонатора с синхронизацией мод, основанной на вращении эллипса поляризации в нелинейной среде, и системы двух связанных резонаторов [3]. Такие лазеры способны генерировать импульсы пиковой мощностью выше 1 кВт и длительностью ~ 70 фемтосекунд [9].
Волоконные лазеры обеих конфигураций резонаторов [3] чувствительны к юстировке и, следовательно, неустойчивы к внешним воздействиям. Этот недостаток может быть преодолен, если использовать нелинейный эффект самофокусировки для достижения компрессии импульсов в волоконных лазерных резонаторах. Метод сужения импульсов, основанный на самофокусировке поля с последующим прохождением его через диафрагму, не может быть использован в волоконных лазерах, так как эффект сужения светового пучка в волноводе во

недостатков, таких как чувствительность к юстировке, громоздкость, необходимость использования системы охлаждения и большая стоимость.
Волоконные лазерные конфигурации являются перспективными, надежными, дешевыми и компактными источниками ультракоротких импульсов. Волоконные лазеры с синхронизацией мод, основанной на эффекте фазовой самомодуляции, предложены в двух вариантах: кольцевого резонатора с
вращением поляризации, и системы двух связанных резонаторов [3]. Волоконные лазеры генерируют импульсы пиковой мощностью выше 1 кВт и длительностью ниже 70 фемтосекунд [9].
Однако, волоконные лазеры с синхронизацией мод, основанной на фазовой самомодуляции излучения [3], чувствительны к внешним воздействиям. Этот недостаток может быть преодолен, если использовать нелинейный эффект самофокусировки для достижения компрессии импульсов в волоконных лазерных резонаторах. Влияние нелинейности на прохождение полного поля в нерегулярных волокнах, в том числе с периодической нерегулярностью, может оказаться эффективным механизмом для синхронизации мод в волоконных резонаторах.
Ранее был предложен метод компрессии импульсов, основанный на прохождении импульса через нелинейный изогнутый волновод [33]. Однако, этот метод не может быть применен для сужения импульсов фемтосекундных длительностей, так как использованные значения для нелинейного коэффициента преломления ~ 10'9 м2/Вт соответствуют нелинейностям, имеющим времена релаксации, превышающие длительность фемтосекундных импульсов.
Другим перспективным методом может оказаться использование световодов с изменяющимся радиусом сердцевины. Детальное изучение влияния нелинейности на распространение полного поля в нерегулярных волноводах с изменяющимся радиусом сердцевины позволит получить и оптимизировать эффект для заданной длины волны, что важно для конкретных применений. В этом случае, становится возможным задавать параметры нерегулярности световодов для максимального сужения импульсов на заданной длине волны. Эффект может быть усилен, если использовать новые материалы, предложенные в работах [13, 14], с коэффициентом практически безынерционной керровской нелинейности, превышающим соответствующий коэффициент в стекле в 30-400 раз.