基于光学怪波的超连续谱特性和高功率脉冲获取的应用性研究

Optical rogue wave has been extensively attention due to its fantastic feature, magic physical mechanism and significative application value. Recently,the most researcher focus on two aspects: the research of optical rogue wave in the process of generating supercontinuum and the exact solution of optical rogue wave in different types of NLS equation.The former is the statistical distribution problem of random noise. The latter is the deterministic problem with similar shape based on special limited background soliton solutions. In the project, we consider the general nonlinear Schrödinger equation and the nonlinear Schrödinger equation as theoretical model. By combining analytic solutions and numerical simulations, spectrum broadening of supercontinuum, the method of extracting high power pulses trains, Periodic amplification of optical pulse and interaction of rogue wave in nonlinear optical fiber system will be studied, respectively.

光学怪波由于其奇异的特征、费解的物理机制以及潜在的应用价值，受到国内外物理学者的广泛关注。到目前为此，光学怪波的研究主要涉及两个方面：一超连续谱产生过程中的光学怪波研究，二基于可积系统下的精确怪波解的研究。前者是在噪声系统中随机产生的统计分布问题；后者是围绕特殊有限背景解展开的具有相似形状的确定性问题。本项目根据光学怪波特征和产生机制，力图在这两个方面研究中去挖掘其实际应用性。具体内容将以广义的非线性薛定谔方程和高阶非线性薛定谔方程为基本模型，通过求解模型的精确和数值怪波解来研究非线性光纤系统中的超连续产生过程中怪波的频谱展宽特征、提取高功率脉冲串、脉冲阶段性放大、相互作用等动力学问题。

光学怪波由于其奇异的特征、费解的物理机制以及潜在的应用价值，受到国内外物理学者的广泛关注。目前光学怪波的研究只是集中于在不同理论模型下怪波的存在性和特性研究，本项目基于光学怪波基本特征和产生机制就其应用性问题以及结合当前研究热点工作展开了研究。主要完成以下研究工作：（1）基于Peregrine怪波的形成方面的之一Kuznetsov-Ma孤子的特征，研究了在单模光纤中Kuznetsov-Ma孤子频谱过滤的问题，得出了由Kuznetsov-Ma孤子向准基态孤子转换的方法。（2）设计了在单模光纤中基于Akhmediev呼吸子获取高功率脉冲串的方法和装置。（3）研究了单模光纤中的具有连续波背景的对称和非对称的多峰孤子问题。讨论了这些多峰孤子的形成机制、稳定传输和形变的碰撞等。（4）研究了色散振荡光纤中色散振荡参数对准连续波的边带特性的影响以及边带分裂问题。平均色散和色散振荡周期的增加，各阶边带中心向频谱的中心频率移动，并且相对应的增益值逐渐减小。增强色散振荡振幅，边带出现分裂和消失的现象。（5）研究了利用外部相位调制对超高斯脉冲的频谱压缩问题。针对具有非线性负啁啾的超高斯脉冲，提出了一种双余弦相位调制方法,采用该方法对高非线性光纤中超高斯脉冲的频谱压缩进行优化。（6）研究了单模光纤中基于Akhmediev呼吸频谱特性，对衰减多孤子的放大和传输。提出了对衰减多孤子进行泵浦光注入获得Akhmediev呼吸子，再由Akhmediev呼吸子获得高功率脉冲串的方法。（7）通过相位、振幅和脉宽变化，定性的分析高功率呼吸孤子之间的相互作用的行为。（8）研究了在非线性抛物型多模光纤中，由椭圆高斯光束引起的频谱边带转移的问题。基于几何参数不稳定性，自聚焦的高斯脉冲和自聚焦超高斯脉冲的频谱边带会出现偶级边带消失的现象。通过这些研究，使我们能够对光学怪波特性有一个更加深入的认识，为实现怪波在光学系统中的可利用性提供理论依据，并为我们开展新的研究方向提供有力的帮助。