第十章 光纤中的非线性效应
第十章 光纤中的非线性效应
内容提要 101光纤中的非线性转换效率 10.2光纤中的克尔效应 10.3光纤中的自位相调制和方波自成形 104光脉冲在光纤中的压缩 10.5非线性醛定锷方程 10.6孤子激光器 10.7受激散射非线性效应
内容提要 ■ 10.1光纤中的非线性转换效率 ■ 10.2光纤中的克尔效应 ■ 10.3光纤中的自位相调制和方波自成形 ■ 10.4光脉冲在光纤中的压缩 ■ 10.5非线性薛定锷方程 ■ 10.6孤子激光器 ■ 10.7受激散射非线性效应
§101光纤中的非线性转换效率 线性行为 光脉冲在介质中传播时,当光场强度不是太大时,表现出线性 行为,这时介质的折射率可视为常数 国非线性行为 当光场强度特别大特别是超短脉冲耦合到光纤中,峰值功率 密度极高,在光纤中具有很长的相互作用长度,并获得紧凑 的波导结构约束,这时非线性转换效率大大提高 为份么能在光经中较易得到线性效应呢?
§10.1光纤中的非线性转换效率 ■线性行为 光脉冲在介质中传播时，当光场强度不是太大时，表现出线性 行为 ，这时介质的折射率可视为常数 ■非线性行为 当光场强度特别大,特别是超短脉冲耦合到光纤中，峰值功率 密度极高，在光纤中具有很长的相互作用长度，并获得紧凑 的波导结构约束，这时非线性转换效率大大提高. 为什么能在光纤中较易得到非线性效应呢？？
光纤的非线性特性 光纤中光波场是在二维方向上被局限在光波长量级小的 范围内,只要有较小的输入功率,在光纤中也可获得较大 的功率密度,足以实现非线性相互作用。 ■光波在光纤中可以无衍射的传输相当长距离,从而保证 有效非线性相互作用所需的相干传输距离 ■光纤中可以利用多模色散来抵消材料色散,这对于那些 由于光学各向同性而很难在体介质中实现相位匹配的情况, 在光纤中有可能实现并获得非线性作用
■光纤中光波场是在二维方向上被局限在光波长量级小的 范围内，只要有较小的输入功率，在光纤中也可获得较大 的功率密度，足以实现非线性相互作用。 ■光波在光纤中可以无衍射的传输相当长距离，从而保证 有效非线性相互作用所需的相干传输距离 ■光纤中可以利用多模色散来抵消材料色散，这对于那些 由于光学各向同性而很难在体介质中实现相位匹配的情况， 在光纤中有可能实现并获得非线性作用 光纤的非线性特性
非线性折射率 我们考虑介质中电感应强度D与电场强度E的关系,考虑非线 性效应时我们需将极化强度P非线性项考虑进去 D=e+p (102.1) P=XE+XEE+xeee+ (102.2) 式中x,x,x分别表示介质的一阶(线性),二 阶(非线性),三阶(非线性)电极化系数,等等 在光纤中:由于玻璃基单模光纤是中心对称材料,一般只维持 到三阶非线性相互作用 于是 P=XE+xEEE (10.2.3)
我们考虑介质中电感应强度D与电场强度E的关系，考虑非线 性效应时我们需将极化强度P非线性项考虑进去 D E P = + (1) (2) (3) P E EE EEE = + + + （10.2.1） （10.2.2） 式中 分别表示介质的一阶（线性），二 阶（非线性），三阶（非线性）电极化系数，等等 (1) (2) (3) , , 在光纤中：由于玻璃基单模光纤是中心对称材料，一般只维持 到三阶非线性相互作用 于是 (1) (3) P E EEE = + （10.2.3） 一.非线性折射率