PCF中群速度失配和高阶色散对孤子自俘获的影响

　　0　引言

　　在光纤中传输的两个光脉冲发生碰撞时,彼此间会相互作用[1]。在单模高双折射光纤的反常色散区中,自相位调制和交叉相位调制的共同作用可以消除由双折射所引起的两偏振分量间的走离效应,每个偏振分量通过移动自己的频率使得两个偏振方向的群速差为零,最终以相同的群速度向前传播,这就是所谓的孤子自俘获效应。1989年,Islam等人在实验中首次观察到了孤子自俘获现象[1]。2004年,Nishizawa和Goto通过超短孤子脉冲的互作用发现了两种俘获现象,一种是普通光纤中零色散波长附近的脉冲俘获[2-4];另一种俘获现象是双折射光纤中的脉冲俘获[5]。研究表明,基于该孤子自俘获效应可以实现光开关,2003年,利用零色散波长附近的脉冲俘获现象实现超快全光开关的方法得到了证实[6-7],位于反常色散区的孤子脉冲把位于正常色散区的高重复率的信号脉冲串解复用,实现了光开关[8]。

　　光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)由于具有结构可控的灵活性和新颖的传输特性而成为近年来国内外研究的热点,就其双折射特性而言,它的模式双折射度比普通单模保偏光纤高一到两个数量级。因此,研究光子晶体光纤中的孤子自俘获现象变得更有意义。要想在光子晶体光纤中实现孤子自俘获,需采用飞秒量级的初始脉冲入射,因此需要考虑高阶非线性和高阶色散效应。本文理论分析了光纤的孤子自俘获现象和双折射光纤的脉冲俘获现象,仿真研究了光子晶体光纤的反常色散区、群速度失配因子δ、高阶色散对孤子自俘获效应的影响。

　　图1为N=0.8,δ=0.4,σ3=0.08时的孤子自俘获现象图,偏振分量μ几乎完全俘获分量v。可以用μ和v的幅度差来表征孤子自俘获效应的效果,幅度差越大,自俘获效应越差。下面基于分步傅里叶法,利用公式非线性薛定谔方程仿真分析在光子晶体光纤的反常色散区,群速度失配因子δ和高阶色散对孤子自俘获效应的影响.

　　1　理论分析

　　在高双折射光纤中,入射脉冲快轴分量和慢轴分量之间的群速度失配不可忽略。如果入射偏振角θ偏离0°或90°,这样的失配将使脉冲分裂成沿两个偏振轴的分量。在反常色散区(β2<0),且忽略光纤损耗,考虑高阶非线性效应和高阶色散(考虑至六阶色散)时,非线性薛定谔方程[1]变为:

　　2　结果与讨论

　　2.1　群速度失配因子δ对孤子自俘获效应的影响

偏振分量间的群速度失配,分析群速度失配因子对不同孤子阶数N和时延量的影响,进而分析其对孤子自俘获效应的影响。