锁模光纤激光器输出特性及其混沌化研究
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利用光孤子进行光纤通信,具有传输速率高、中继距离长、建设维护成本低等优点,因此被公认为是最有发展前途的新一代光纤通信系统。本论文主要研究的就是产生光孤子的理想光源——锁模光纤激光器,主要研究了锁模光纤激光器输出光脉冲的特性以及锁模光纤激光器的混沌化两方面问题。首先,深入分析了锁模光纤激光器的工作机理,分别建立起基于可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器、基于非线性偏振旋转技术的被动锁模光纤激光器和采用铌酸锂调制器等主动锁模器件的主动锁模光纤激光器的数学模型,并在MATLAB平台上利用分步傅立叶法和分步有限差分法对上述锁模光纤激光器系统进行了仿真。其次,利用短时傅立叶变换、Wigner-Ville分布和连续小波变换实现了对自相似子的啁啾提取,并对比分析了这几种时频分析方法在此应用中的优劣。再次,对被动锁模掺镱光纤激光器输出的光孤子、自相似子和束缚态自相似子对的特性进行了仿真分析。最后,分别针对被动和主动锁模光纤激光器系统,研究了使其进入混沌化状态的方法,并通过计算机仿真进行了印证。论文的理论研究和仿真实验对提高光孤子通信系统的无中继传输距离、可靠性和安全性具有一定的指导意义。
提要 | 第4-5页 |
摘要 | 第5-8页 |
Abstract | 第8-11页 |
第1章 绪论 | 第14-28页 |
1.1 光纤通信系统及其发展趋势 | 第14-20页 |
1.1.1 光纤通信系统概述 | 第14-17页 |
1.1.2 光纤通信系统的发展趋势 | 第17-19页 |
1.1.3 基于光孤子通信的新一代光纤通信系统 | 第19-20页 |
1.2 锁模光纤激光器特性及混沌化的研究意义与目的 | 第20-25页 |
1.2.1 被动锁模光纤激光器输出特性研究 | 第20-23页 |
1.2.2 锁模光纤激光器混沌化研究 | 第23-25页 |
1.3 论文的主要研究内容 | 第25-28页 |
第2章 锁模光纤激光器基本理论与技术发展 | 第28-48页 |
2.1 锁模光纤激光器原理 | 第28-33页 |
2.1.1 锁模光纤激光器总体结构 | 第28-30页 |
2.1.2 锁模光纤激光器锁模机理 | 第30-33页 |
2.2 主动锁模光纤激光器及其研究进展 | 第33-41页 |
2.2.1 基于谐波锁模技术的主动锁模光纤激光器 | 第33-38页 |
2.2.2 基于注入锁模技术的主动锁模光纤激光器 | 第38-41页 |
2.3 被动锁模光纤激光器及其研究进展 | 第41-47页 |
2.3.1 基于可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器 | 第41-44页 |
2.3.2 基于非线性偏振旋转效应的被动锁模光纤激光器 | 第44-46页 |
2.3.3 基于非线性光纤环形镜的被动锁模光纤激光器 | 第46-47页 |
2.4 小结 | 第47-48页 |
第3章 锁模光纤激光器模型及其仿真分析方法 | 第48-79页 |
3.1 锁模光纤激光器理论分析模型 | 第48-61页 |
3.1.1 基本锁模方程的建立 | 第48-52页 |
3.1.2 关键锁模器件建模 | 第52-59页 |
3.1.3 锁模光纤激光器模型分类 | 第59-61页 |
3.2 锁模光纤激光器仿真分析方法 | 第61-66页 |
3.2.1 分步傅立叶法 | 第62-65页 |
3.2.2 分步有限差分法 | 第65-66页 |
3.3 自相似脉冲的啁啾提取方法 | 第66-77页 |
3.3.1 自相似脉冲啁啾提取的研究意义 | 第66-68页 |
3.3.2 自相似脉冲啁啾的时-频域联合分析方法 | 第68-77页 |
3.4 小结 | 第77-79页 |
第4章 被动锁模掺镱光纤激光器输出特性研究 | 第79-106页 |
4.1 被动锁模掺镱光纤激光器的系统结构及仿真模型 | 第79-82页 |
4.2 被动锁模掺镱光纤激光器输出光孤子特性研究 | 第82-86页 |
4.2.1 光纤腔内负群速度色散对输出光孤子的影响 | 第82-84页 |
4.2.2 光孤子在激光器光纤腔中的演化 | 第84-86页 |
4.3 被动锁模掺镱光纤激光器输出自相似子特性研究 | 第86-98页 |
4.3.1 自相似子的产生机理 | 第86-87页 |
4.3.2 自相似子形状及啁啾的理论推导 | 第87-91页 |
4.3.3 自相似子的仿真实验结果 | 第91-98页 |
4.4 被动锁模掺镱光纤激光器输出自相似子对特性研究 | 第98-102页 |
4.5 自相似子与自相似子对临界区域内输出脉冲特性研究 | 第102-104页 |
4.6 小结 | 第104-106页 |
第5章 锁模光纤激光器混沌化研究 | 第106-126页 |
5.1 混沌理论及其在光学系统中的应用 | 第106-112页 |
5.1.1 混沌的概念 | 第106-107页 |
5.1.2 混沌的性质 | 第107-109页 |
5.1.3 倍周期分岔通向混沌 | 第109-111页 |
5.1.4 混沌在光学系统中的应用 | 第111-112页 |
5.2 被动锁模光纤激光器混沌化方法 | 第112-118页 |
5.2.1 被动锁模光纤激光器结构及仿真模型 | 第112-115页 |
5.2.2 被动锁模光纤激光器混沌化仿真结果 | 第115-118页 |
5.3 主动锁模光纤激光器混沌化方法 | 第118-125页 |
5.3.1 主动锁模光纤激光器结构及仿真模型 | 第118-120页 |
5.3.2 主动锁模光纤激光器混沌化仿真结果 | 第120-125页 |
5.4 小结 | 第125-126页 |
第6章 结论 | 第126-131页 |
6.1 主要研究成果及创新点 | 第126-129页 |
6.2 未来工作展望 | 第129-131页 |
参考文献 | 第131-145页 |
攻读博士学位期间取得的科研成果 | 第145-148页 |
致谢 | 第148页 |
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