色散波

色散波产生是指光脉冲在非线性介质中传输时受到高阶色散和非线性效应
的微扰而向外辐射能量的现象，它是超连续谱产生的主要物理机制之一，在很多领域都有重要应用。

光子晶体光纤具有独特的光传输特性，它的出现为非线性光纤光学领域的研究注入了新的活力。

光子晶体光纤中色散波的产生是一个基本的非线性光学问题，同时又是一个非常复杂的非线性过程，受多种因素的制约，已成为近几年来研究的热点。

本文研究了光子晶体光纤中色散波产生的机制及控制方法，取得了如下主要成果：
第一，基于光子晶体光纤中光脉冲传输的非线性薛定谔方程，分析了光子晶体光纤中色散波产生的物理机制及控制方法。

研究发现：光子晶体光纤中色散波的产生也要满足相位匹配条件，而且在色散波产生前，频谱还要有足够的宽度以更好地实现相位匹配。

在控制色散波产生位置方面，三阶色散为正(负)的光子晶体光纤中产生的是蓝(红)移色散波；第二个零色散波长越长，产生的红移色散波的波长也越长；泵浦脉冲的峰值功率越大，产生的蓝移色散波的波长越短。

在控制色散波产生的效率方面，泵浦脉冲的峰值功率越大，蓝移色散波产生的效率越高；初始频率正(负)啁啾提高(降低)了蓝移色散波的产生效率；泵浦脉冲的中心波长越长，红移色散波产生的效率越高。

第二，完善了两级光纤中色散波产生的计算机程序，并用该程序研究了两级光纤中色散波的产生机制。

在级联的普通单模光纤和高非线性SF57光子晶体光纤中得到了宽带平坦的中红外超连续谱。

仿真结果表明，色散波放大是中红外超连续谱产生的主要物理机制，获得平坦性较好的超连续谱需要优化第二级光纤的长度，此外，生成的红移色散波会随着泵浦脉冲峰值功率的增大进一步向长波长方向展宽。

第三，数值研究了具有三个零色散波长的光子晶体光纤中色散波孤子的产生机制。

由于第三个零色散波长的存在，具有三个零色散波长的光子晶体光纤拥有两个反常色散区，且有很宽的相位匹配范围。

模拟结果显示，不仅在两正常色散区得到了色散波，还在另一反常色散区得到了色散波孤子。

该色散波孤子转移了大部分泵浦脉冲的能量，具有更高的频率转换效率，而且，在高频反常色散区进一步辐射出了蓝移色散波。

高阶孤子在光纤的反常色散区传输时，在高阶色散和非线性作用的微扰下会产生色散波，也称为切伦科夫辐射或非孤子辐射[1,2]，输出的光谱通常由孤子和色散波两部分组成错误！未找到引用源。

色散波自1986年被发现错误！未找到引用源。

以来，引起很多学者的兴趣，尤其是当色散特性可灵活设计的光子晶体光纤(Photonic Crystal fiber，PCF)错误！未找到引用源。

诞生以后，色散波更是受到人们的广泛关注。

通过控制纤芯的大小和空气孔的排列可以得到具有两个零色散波长的PCF，从中可以生成两个色散波频带错误！未找到引用源。

也可以设计出具有三个零色散波长的PCF，孤子和相位匹配的色散波在该光纤中出现了更具吸引力的新现象错误！未找到引用源。

色散波是非线性光学里非常重要的一个物理现象，若对色散波产生过程很好地研究，有助于很好地理解很多孤子物理学中的基本问题，如孤子与孤子之间以及孤子与色散波之间的相互作用。

目前，对PCF中色散波产生的研究大都是附加在研究超连续谱(Supercontinuum，SC)产生过程中进行的，色散波放大是SC产生的主要物理机制之一。

波长短于孤子中心波长的色散波为蓝移色散波(Blue-shifted dispersive wave, B-DW)，它主要展宽了SC的短波长部分[7,8]，而波长长于孤子中心波长的色散波为红移色散波(Red-shifted dispersive wave, R-DW)，它则主要展宽了SC的长波长部分。

其实，色散波在PCF中的产生是一个复杂的非线性过程，值得对其进行具
体的研究和进一步的探索。

PCF可控的色散特性主要表现在：短波段的反常色散、超宽范围可调的零色散波长、平坦和超平坦色散、高负色散特性等。

色散波在很多方面具有重要的应用价值和应用潜力，如多光子显微镜、生物光学、光学相干频谱仪错误！未找到引用源。

、超短脉冲的载波包络相位控制仪、光学测量、SC的产生、频率转换器错误！未找到引用源。

等。

目前主要应用于SC产生和超短脉冲高效频率转换器两方面。

色散波放大是SC产生的重要物理机制之一，尤其是在具有多个零色散波长的PCF中，色散波的产生极大地展宽了光谱。

Why…
由于SC具有高功率谱密度、平坦的宽带光谱、高度的空间相干性等特性，能大大提高信噪比、减小测量时间以及加宽光谱测量范围。

它是超大容量通信实验研究工作中极其重要的光源，主要应用有：光脉冲波形的测量、光纤群速度的测量、超高速WDM通信光源和OTDM/WDM组合复用通信光源和全光解复用。

除了在光通信光源方面的应用之外，SC也广泛应用于控制飞秒激光脉冲的相位稳定错误！未找到引用源。

、光学频率测量错误！未找到引用源。

、光学相干层析错误！未找到引用源。

等多个领域。

因此，研究PCF中色散波的产生对研究SC的产生及应用具有重要的理论和现实意义。

利用色散波产生技术，2004年，Leitenstorfer等人错误！未找到引用源。

将从掺饵光纤激光器中输出的1550nm飞秒脉冲上转换到了1130~1300nm波段。

Zheltikov等人[44,45]分别于2004年和2006年在双折射PCF中分别将820nm和1240nm的激光脉冲上转换到了可见光波段。

2009年，Haohua Tu等人错误！未找到引用源。

采用可调范围为690nm~1020nm的近红外飞秒Ti:sapphire激光器泵浦高非线性PCF，输出了可作为可见光波段超短脉冲光源的485~690nm范围内的窄带色散波。

调制不稳定性，0色散波长，越多产生超连续谱，一般反常色散才会存在调制不稳定性。

具体Why 色散波产生时，需要符合相位匹配条件。

高阶孤子在传输过程中受到色散和SRS效应的微扰会分裂成一系列的基态孤子错误！未找到引用源。

在高阶色散的微扰下，每个基态孤子都会向外辐射相位匹配的色散波，能量不断从孤子向色散波转移。

对色散波的研究通常用的都是飞秒脉冲，因为脉宽较短孤子的谱宽较大，能够加强色散波的产生，提高转换效率。

也就是说，色散波产生前光谱要有足够的宽度以更好地满足相位匹配条件。

高阶孤子的演化尽管非常复杂，但在初始传输阶段，都会受到SPM的作用而使频谱展宽。

然后，在SRS、SS和高阶色散的微扰下会分裂成一系列的基态孤子。

基态孤子又在孤子自频移(Soliton self-frequency shift, SSFS)的作用下频率不断下移，频谱进一步展宽。

由于受到高阶色散的扰动，各基态孤子在光纤中传输的同时会辐射出相位匹配的色散波，也称为非孤子辐射波错误！未找到引用源。

总的来说，色散波产生前的频谱展宽主要来源于几种典型的非线性效应：SPM、高阶孤子分裂和SSFS。

高阶色散对孤子主要起到两方面的作用：一是，孤子在SRS作用下不断向长波长方向移动的过程中，孤子频率对应的 2是不断变化的，拉曼孤子的脉宽和峰值功率要不断调整来维持孤子的特性。

二是，在高阶色散的微扰下，孤子会不断向正常色散区的辐射出相位匹配的色散波。