自相位调制
光纤通信系统中的信号传输失真与补偿方法
光纤通信系统中的信号传输失真与补偿方法随着信息技术的飞速发展，光纤通信系统作为一种高速、大容量、低损耗的通信方式，得到了广泛的应用。
然而，在光纤通信系统中，信号传输过程中会受到多种因素的影响而产生失真，从而降低了通信系统的性能和可靠性。
因此，研究和采用有效的信号传输失真补偿方法，对于提高光纤通信系统的性能至关重要。
一、信号传输失真的原因1. 色散效应：色散是指光信号在光纤中传输过程中，由于不同波长的光的传播速度不同而引起的传输延迟差异。
这种传输延迟差异导致光信号脉冲宽度扩展，从而影响光信号的解调和识别。
2. 线性损耗：光信号在光纤中传输时会受到光纤弯曲、扭曲等因素的影响而产生线性损耗。
线性损耗会导致光信号的能量衰减，从而降低信号的强度和质量。
3. 非线性效应：非线性效应主要包括自相位调制（XPM）、互相位调制（FWM）和自发光（ASE）等。
这些效应会导致光信号的频谱扩展、相位畸变和增加噪声等，从而使信号失真。
二、信号传输失真补偿方法为了解决光纤通信系统中信号传输失真的问题，科学家们提出了多种信号传输失真补偿方法，可以有效地提高光纤通信系统的性能和可靠性。
1. 光纤衍射补偿方法光纤衍射是由于光信号的传输过程中受到了光的波动性的影响而产生的失真。
为了减少光纤衍射引起的传输失真，可以采用预加权、均衡和衍射抑制等技术。
其中，预加权技术可以在发送端对光信号进行预处理，减少光纤衍射的影响；均衡技术可以在接收端对光信号进行均衡处理，使信号的频率响应变得平坦；衍射抑制技术可以通过设计光纤的结构参数来抑制光纤衍射效应。
2. 色散补偿方法色散是光纤通信系统中主要的信号传输失真因素之一。
为了解决色散引起的信号传输失真问题，可以采用主动或被动补偿方法。
主动补偿方法主要包括光纤光栅衍射、电调制与光调制的联合补偿等技术；被动补偿方法主要包括单模与多模光纤的混合传输、多中心光纤的设计等。
3. 光纤放大器补偿方法光纤放大器是光纤通信系统中放大光信号的重要设备，但它也会引起信号传输失真。
光学材料中的非线性光学特性分析
光学材料中的非线性光学特性分析光学材料是指能够对光进行控制、调节以及产生新的光学效应的材料。
非线性光学特性是光学材料中一种重要的现象，其研究在光通信、激光技术、光信息处理等领域具有广泛的应用价值。
本文将对光学材料中的非线性光学特性进行分析，探讨其机理以及应用前景。
1. 非线性光学特性简介非线性光学特性是指当光与光学材料相互作用时，产生的光学效应与入射光强度不呈线性关系的现象。
与线性光学特性不同，非线性光学特性由于其强度依赖关系的非线性性质，使得光学材料在应用中具有更加丰富的功能和效果。
常见的非线性光学效应包括二次谐波发生、和频与差频发生、自聚焦、自相位调制等。
2. 非线性光学效应的机理非线性光学效应的产生是由于光照射到光学材料中的原子或分子后，其能级结构发生变化并引发非线性相互作用。
比如，二次谐波发生是由于材料的非线性极化率产生了非线性响应，将入射的光分解为频率为二倍的新光。
自聚焦效应是由于材料的光折射率与光强度的关系非线性，使得光束在传播过程中自动聚焦。
3. 光学材料中的非线性光学特性研究方法为了研究和应用光学材料中的非线性光学特性，科学家们发展了多种实验方法。
其中，著名的方法包括Z-scan技术、功率扭曲、相位匹配等。
Z-scan技术可测量材料的非线性吸收和折射率，并通过测量传播动力学过程来分析非线性效应。
功率扭曲实验通过改变光束强度来研究材料的非线性响应。
相位匹配为材料中的非线性效应提供了最佳的相位条件，以增强非线性光学效应。
4. 非线性光学特性在光通信中的应用非线性光学特性在光通信中具有重要的应用价值。
比如，光纤通信中信号调制和光时钟的生成都离不开非线性光学效应。
非线性光学特性还可用于光通信中的光放大器、光开关和光限幅器等器件的设计和制造。
利用非线性光学特性，还可以实现光通信中的非线性光调制和光波混频等功能。
5. 非线性光学特性在激光技术中的应用非线性光学特性在激光技术中有着广泛的应用。
无线通信系统中的调制解调基础(二)：相位调制
无线通信系统中的调制解调基础（二）：相位调制作者：Ian PooleAdrio Communications Ltd第二部分解释了相移键控（PSK）的多种形式，包括双相相移键控（BPSK），四相相移键控（QPSK），高斯滤波最小相移键控（GMSK），和目前流行的正交幅度调制（QAM）。
第一部分解释了调幅（AM）和调频（FM）技术，并介绍了其优点和缺点。
第三部分将会介绍直接序列扩频（DSSS）技术和正交频分复用（OFDM）调制技术。
调相相位调制是另一种广泛采用的调制技术，特别是在数据传输的应用中。
因为相位和频率是相辅相成的（频变是相变的一种形式），两种调制方法可以用角度调制（angle modulation）来概括。
为了解释调相如何工作，我们首先要对相位做出解释。
一个无线信号包涵了一个正弦信号的载波，幅度从正到负程波浪形变化，一个周期后回到零点，这个同样可以由一个围绕一个零点旋转的一个点来表示，如图3-13所示，相位就是终点到起点的角度。
调相改变了信号的相位，换句话来说，图中绕着原点旋转的点的位置会改变，要实现这个效果既是要在短时间内改变信号的频率。
所以，当进行相位调制的时候会产生频率的改变，反之亦然。
相位和频率是密不可分的，因为相位就是频率的积分，频率调制可以通过简单的CR网络转变成相位调制。
因此，相位调制与频率调制信号的边带、带宽具有异曲同工的效果，我们必须留意这个关系。
相移键控相位调制可以用来传输数据，而相移键控是很常用的。
PSK在带宽利用率上有很多优势，在许多移动电话无线通信的应用中广为采用。
最基本的PSK方法被称作双相相移键控（BPSK），有时也称作反向相位键控(PRK)。
一个数字信号在1和0之间改变（或表述为1和-1），这样形成了相位反转，就是180°的相移，如图3-14。
双相相移键控（BPSK）PSK的一个问题是接收机不能精确的识别传输的信号，来判定是mark（1）还是space （0），即使发射机和接收机的时钟同步也很难实现，因为传输路径会决定接受信号的精确相位。
非线性折射率效应
第五章 非线性折射率效应重点内容：光学克尔效应——光致非线性折射率，0n n n =+∆，非线性折射率与光强成正比，n I ∆∝。
讨论自作用和互作用两种光克尔效应。
自聚焦效应——高斯光束横向光强分布不均匀性引起光束自聚焦或自散焦。
讨论稳态和动态理论，及相关的时间和空间自相位调制现象。
5.1 光学克尔效应光学克尔效应与克尔电光效应，两个效应基于不同机理：克尔电光效应——线偏振光通过加有静电场的透明介质（如玻璃）感生双折射，变成椭圆偏振光的现象。
两垂直偏振的o 光与e 光的折射率的差与外加电场强度成正比，0n ∆∝Ε。
这是线性光学效应。
光学克尔效应——光电场直接引起的折射率变化的效应，其折射率变化大小与光电场的平方成正比，2n E ∆∝。
n ∆称为非线性极化率，相应于三阶折射率实部的变化，是三阶非线性光学效应。
被称作光学克尔效应，或简称为克尔效应。
具有克尔效应的介质称为克尔介质。
演示光克尔效应，需要两种光：泵浦光——产生非线性极化率的强光； 信号光——探测非线性极化率的弱光。
产生非线性极化率的方式不同，有两种光克尔效应：自作用光克尔效应：用信号光本身的光强泵浦，引起相应于信号光频率ω的介质折射率变化，同时由信号光直接探测。
交叉（互）作用光克尔效应：用频率（'ω）不同（或偏振方向不同）的强泵浦光，引起相应于信号光频率ω的介质折射率变化，同时用频率为ω的信号光探测。
两种光克尔效应：(a) 自作用克尔效应；(b)互作用克尔效应设信号光频率为ω，泵浦光频率'ω自作用和互作用克尔效应的非线性极化强度分别表示为：2(3)(3)0()3(;,,)()()P E E ωεχωωωωωω=- (5.1.1) 2(3)(3)0()6(;',',)(')()P E E ωεχωωωωωω=-(5.1.2)在光波传输过程中，介质折射率变化会引起光的相位变化。
一个沿z 方向传播的单色波()(,)()i kz t z z e ωω-=E E ，传至L z =处，引起介质折射率变化n ∆，光波的相位变化为nL nL ckL ∆=∆=∆=∆02λπωφ(5.1.3)表明光致折射率变化调制了相位；对自作用光克尔效应和交叉作用光克尔效应，相应地存在着自相位调制（SPM ）和交叉相位调制 (XPM)。
空间光调制器的工作原理及其在信息光学中的应用
空间光调制器的工作原理及其在信息光学中的应用空间光调制器（Spatial Light Modulator，简称SLM）是信息光学领域中重要的一种设备，具有广泛的应用。
本文将介绍空间光调制器的工作原理，并阐述其在信息光学中的应用。
一、空间光调制器的工作原理空间光调制器是一种能够调整光波相位、振幅或偏振等参数的光电器件。
其基本构成包括光电转换器件和控制电路。
常见的空间光调制器有液晶空间光调制器（LC-SLM）和远红外空间光调制器（IR-SLM）等。
液晶空间光调制器利用液晶分子的旋转改变光波的偏振态，从而实现对光波的调制。
其结构包括透明电极、透明基底、液晶层等。
透明电极通过外加电压改变电场，从而改变液晶分子的旋转程度，进而改变波片的相位差。
远红外空间光调制器则是利用半导体材料的特性，通过改变电压来控制光波的相位、振幅等参数。
它在远红外波段（10μm-100μm）具有较好的响应特性，并被广泛应用于红外成像、光谱分析等领域。
二、空间光调制器在信息光学中的应用1. 相位调制空间光调制器可以通过改变光波的相位差来实现相位调制。
相位调制可用于全息成像、光学信息处理等领域。
例如，在数字全息术中，利用空间光调制器可以将三维物体信息编码到二维的全息图中，实现对物体的三维重建。
2. 模拟光学系统空间光调制器可用于模拟光学系统的构建。
通过控制空间光调制器的参数，如相位、振幅等，可以模拟各种光学元件的功能。
这对于系统性能分析、光学设计和优化等方面有着重要作用。
3. 光波前校正在自适应光学系统中，空间光调制器可以用于补偿光束的像差，提高图像的清晰度和分辨率。
通过改变光波的相位和振幅分布，空间光调制器可以实现对光场的调整，从而实现补偿效果。
4. 光通信与信息传输空间光调制器在光通信与信息传输中有广泛应用。
利用空间光调制器可以实现光信号的调制、解调和编码等功能。
同时，空间光调制器也可用于光纤通信中的信号调整、波前整形等。
5. 光学陷阱与操控空间光调制器还可用于构建光学陷阱。
空间光调制器实现相位调制的原理
空间光调制器的基本原理空间光调制器（Spatial Light Modulator，简称SLM）是一种用于控制光波相位的装置。
它利用特殊的光学材料（如液晶、单晶硅等）和电调制技术，通过改变材料中的折射率或光的吸收特性来实现对光波相位的调制。
这样，可以对光波进行相位调制，并实现包括干涉、衍射、全息等光学功能。
空间光调制器通过改变光的相位，可以控制光波传输的方向、强度、波前形状等参数，广泛应用于光学通信、光学显示、光学信息处理、全息成像等领域。
空间光调制器主要有两种类型：液晶空间光调制器（Liquid Crystal Spatial Light Modulator，简称LC-SLM）和单晶硅空间光调制器（Silicon SpatialLight Modulator，简称Si-SLM）。
以下将分别介绍它们的工作原理。
液晶空间光调制器（LC-SLM）的工作原理液晶空间光调制器由液晶材料、玻璃基板、透明电极、控制电路等组成。
液晶材料是一种具有自发偏振性质的有机分子，可通过外加电场改变其取向，从而改变其光学性质。
液晶材料的取向状态可以分为平行（平面向列型）和垂直（逆锥型）两种。
液晶空间光调制器通常采用平行取向的液晶材料，使光波经过液晶层时，被液晶材料的分子沿着相同的方向旋转一定的角度，从而改变光波的相位。
液晶空间光调制器的原理可以分为两个步骤，即电场调制和光学调制。
1.电场调制液晶空间光调制器的玻璃基板上覆盖有透明电极，通过外加电压激发电场，使液晶材料的分子取向发生变化。
当液晶层中没有电场时，液晶分子呈现无序排列，电场激发后，液晶分子趋向于沿着电场方向旋转。
这种液晶分子的取向可以通过控制电场的大小、方向和施加时间来实现，从而实现对光波相位的调制。
2.光学调制当外加电场产生后，液晶材料的折射率发生改变。
当光波通过液晶层时，会受到液晶材料的折射率差异影响，从而引起相位的改变。
液晶空间光调制器通过控制电场，实现对光波相位的调制，具体来说，可以通过调整电场强度和方向来改变液晶层中的折射率分布，进而改变光波的相位分布。
光电子技术作业解答
赖老师的课到期中考试为止一共有9次作业，依次分别由冯成坤、饶文涛、黄善津、刘明凯、郑致远、黄瑜、陈奕峰、周维鸥和陆锦洪同学整理，谨此致谢！作业一：1、桌上有一本书，书与灯至桌面垂直线的垂足相距半米。
若灯泡可上下移动，灯在桌上面多高时，书上照度最大？（假设 灯的发光强度各向通性，为I0） 解：设书的面积为dA ，则根据照度的定义公式：dAd I dA d E 0Ω==φ （1）其中Ωd 为上图所示的立体角。
因而有：2/32222)h (L hdA h L cos dA d +⋅=+⋅=Ωθ （2） 将（2）式代入（1）式得到：2/3220)h (L hI E += （3） 为求最大照度，对（3）式求导并令其等于零，0dhdE= 计算得：m 221h =因而，当高度为m 221时书上的照度最大。
2、设He-Ne 激光器中放电管直径为1mm ，发出波长为6328埃的激光束，全发散角为θ=10-3rad ，辐射通量为3mW ，视见函数取 V(6328)=0.24，求： （1）光通量，发光强度，沿轴线方向的亮度？（2）离激光器10米远处观察屏上照明区中心的照度？（3）若人眼只宜看一熙提的亮度，保护眼镜的透射系数应为多少？ 解：（1）光通量：lm 49.010324.0638V K 3m v =⨯⨯⨯=Φ⋅⋅=Φ-θ 发光强度：cd 1024.64d d I 52vv ⨯≈Φ=ΩΦ=θπ 亮度：211235m /cd 1059.7)10(41024.6dAcos dI L ⨯≈⨯⨯==-πθ轴（2）由题意知，10米远处的照明区域直径为： m 101010L D 23--=⨯=⋅=θ从而照度为：lx 9.6238)10(4149.0D 4E 222v=⨯⨯=Φ=-ππ（3）透射率：81141026.11095.710L 1T -⨯≈⨯==轴（熙提）作业二1、说明蓝色火焰与黄色火焰的色温谁高，为什么？ 答：色温是用黑体的温度来标度普通热辐射源的温度。
【浙江省自然科学基金】_调制特性_期刊发文热词逐年推荐_20140812
推荐指数 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Hale Waihona Puke 2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
2011年 科研热词 高非线性光纤 调制识别 自相位调制 空间光调制器(slm) 相位物体 相位检测 激光技术 小波包调制 增益饱和 四波混频 受激布里渊散射 双包层先纤放大器 参量振荡器 分数阶傅立叶变换 光纤激光器 光纤光学 g-s算法 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
科研热词 小波包调制 调制识别 薄膜晶体管 自相关 联合估计 空间矢量脉宽调制 磁控溅射 直接功率控制 电压型并网逆变器 滑模变结构 恒定开关频率 峰均功率比 小波包树剪枝 场效应迁移率 信道识别 in2o3晶体薄膜
2014年 序号 1 2 3 4
2014年 科研热词 闭环测试 相位调制器 半波电压 sagnac干涉仪 推荐指数 1 1 1 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
科研热词 推荐指数 高阶距 1 调制识别 1 脉宽调制 1 空间矢量 1 电压源换流器型直流输电 1 换流器损耗 1 开关损耗 1 小波调制 1 igbt 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
科研热词 调制特性 纯相位调制 液晶空间光调制器 小波包调制 小波包树结构 客户查找表 子带 剪枝合并 信息光学
2012年 序号 1 2 3 4
科研热词 超快激光 色散补偿薄膜 啁啾镜对 双啁啾镜
光纤通信中的信号调制技术介绍
光纤通信中的信号调制技术介绍光纤通信已经成为现代通信领域的核心技术之一，其高速、大带宽和低损耗的优势使其成为信息传输的首选方案。
而在光纤通信系统中，信号调制技术则起到了至关重要的作用。
本文将介绍光纤通信中常用的信号调制技术，包括直接调制、外差调制和相位调制，以及其原理和应用。
1. 直接调制直接调制是最简单的一种信号调制技术，它将基带信号直接加到光源上，使光强随着基带信号的变化而调制。
直接调制广泛应用于光纤通信中的短距离传输系统，如局域网和城域网。
其优点是成本低、实现简单，但由于调制带宽有限，适用于低速率传输。
2. 外差调制外差调制是利用两个光源产生的光波进行混频，并在光纤中传输。
其中一个光源作为载波光，在一个偏离了载波频率的位置上通过调制信号而产生侧带光。
外差调制器将载波光和侧带光进行线性混频，形成带有信息的复合光信号。
外差调制技术适用于中长距离的光纤通信系统，特别是用于高速率传输。
其优点是调制带宽宽、传输距离远，但由于需要两个光源，成本较高。
3. 相位调制相位调制是利用改变光波的相位来实现数据的传输，并通过解调器恢复原始信息。
在相位调制中，调制信号通过改变光波的相位，使光波的谐振频率发生变化。
相位调制广泛应用于长距离和高速率传输系统中。
其优点是调制带宽宽、传输距离远，且能够实现多路复用。
不同的相位调制方式包括二进制相移键控（BPSK）、四进制相移键控（QPSK）和八进制相移键控（8PSK）等。
在光纤通信系统中，不同的信号调制技术有不同的应用场景。
直接调制常用于短距离传输系统，如局域网和城域网，其简单和低成本使其非常适合于这些场景。
外差调制则经常应用于中长距离传输系统，特别是高速率传输，其调制带宽宽和传输距离远的优势使其成为这些系统的首选技术。
相位调制则广泛应用于长距离和高速率传输系统，其调制带宽宽、传输距离远和多路复用的优势使其成为光纤通信中最常用的调制技术之一。
总结起来，光纤通信中的信号调制技术是实现高速、大带宽、低损耗的关键技术之一。
光通信系统中的信号串扰与消除方法
光通信系统中的信号串扰与消除方法光通信系统作为现代通信领域的重要组成部分，通过光信号的传输实现高速、大容量的信息传输。
然而，在光通信系统中，信号串扰问题一直存在，并且会对系统的性能和稳定性产生不利影响。
本文将探讨光通信系统中的信号串扰问题以及常见的消除方法。
1. 信号串扰问题的原因信号串扰在光通信系统中是由于光信号的特性以及光纤的非线性效应等因素所引起的。
光信号在光纤中传输时，受到不同纤芯、不同模式之间的相互作用，导致信号的失真和干扰。
主要原因包括：1.1 多径效应当光信号经过光纤传输时，会经历多个路径，导致信号的多次反射和干涉，从而产生干扰效应。
多径效应会使信号的强度分布不均匀，造成串扰。
1.2 光纤色散光纤中的色散效应会导致信号的波形失真，进而造成串扰。
色散会使信号的不同频率分量传播速度不同，造成不同频率的信号符号相互干扰。
1.3 光纤非线性效应光纤的非线性效应主要包括自相位调制（SPM）、互相位调制（XPM）和四波混频（FWM）等。
这些非线性效应会使得信号的相位和幅度产生变化，引起信号的串扰。
2. 信号串扰的影响信号串扰会对光通信系统的性能产生重要影响，包括：2.1 误码率增加由于信号的串扰，接收端的信号质量下降，导致误码率的增加。
高误码率会降低数据传输的可靠性和效率。
2.2 系统容量减小信号串扰会限制光纤中传输的信号频率和功率范围，进而降低光通信系统的传输容量和距离。
2.3 系统性能不稳定信号串扰会导致光通信系统的性能不稳定，影响系统的长期稳定性和可靠性。
3. 信号串扰的消除方法为了解决光通信系统中的信号串扰问题，采取了多种消除方法。
以下是一些常见的消除方法：3.1 无串扰光纤设计通过优化光纤结构和材料，设计出具有低串扰特性的光纤。
例如，使用多模光纤代替单模光纤可以降低多径效应，采用抗色散光纤可以抑制色散效应。
3.2 信号调制优化通过采用合适的调制方式和参数，可以减小信号的串扰效应。
例如，选择合适的调制格式，优化调制深度和偏置等。
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自相位调制
非线性薛定谔方程
A i 2 2A 2 i A | A | A (1) 2 z 2 2 T 式中，A为脉冲包络的慢变振幅，T是随脉冲以群速度vg移动的参 考系中的时间量度（T=t-z/vg）。方程右边的三项分别对应于光 脉冲在光纤中传输时的吸收效应、色散效应和非线性效应。
用U
V exp(iNL ) 做代换，并令方程两边的实部和虚部分别相等，有
V 0 z
NL e z 2 V z LNL
由于振幅V不沿光纤长度L变化，直接对相位方程进行积分，可以得到 通解为
自相位调制
U ( L, T ) U (0, T ) exp[iNL ( L, T )]
自相位调制
定义：在非线性光学介质中，介质的折射率与入射光的光强有关，
信号光强的瞬时变化引起光感应折射率变化，这将导致光波在传播 过程中发生相位变化，光波相位变化正比于光功率，因此称之为自 相位调制。 在单波长系统中光强变化导致相位变化时，自相位调制效应使信 号频谱逐渐展宽。这种展宽与信号的脉冲形状和光纤的色散有关。
exp 1 2m
为得到展宽因子，需要知道脉宽T0与初始谱宽 0 T01 高斯脉冲，有
令m=1，可以计算出
的关系。对无啁啾
幅度下降到1/e处的半宽度
max 0.86 0 max
表明展宽因子近似由最大相移φmax数值给定。
自相位调制
自相位调制
脉冲频谱的变化
SPM感应频率啁啾可以使频谱展宽，也可以使频谱变窄，这取决于 入射脉冲的啁啾方式。 若入射脉冲是无啁啾的，SPM总是导致频谱展宽。令δω(T)的时间 11 2 m 导数为零，可以得到δω的最大值为 1 1
max
mf (m) max T0
f (m) 2 1 2m
Applications
Optical Solitons、fast optical switching、all-optical regeneration、ultrashort pulses、pulse compression、 chirped-pulse amplification、passive mode-locking, etc.
P 0( (1) E (2) : EE (3) EEE )
(n ) (n ) 2,) 为n阶电极化率，考虑到光的偏振效应， 其中 (n 1, 是n+1阶张量。
非线性光纤光学
非线性折射率
光纤中的大部分非线性效应起源于非线性折射率，而 折射率与光强有关的现象是由 (3) 引起的，在较高的光 功率下，纤芯折射率可表示为：
和频、差频、参量震荡；受激拉曼散射，受激布里渊散射、 光学自感生透明；自聚焦、自相位调制、光学相位共轭。
1965年，Bloembergern等人出版《nonlinear Optical Phenomena》一书，基本建立了以非线性介质极化和 耦合波方程组为基础的非线性光学理论。
发展历史（三个阶段）
发展历史（三个阶段）
20世纪90年代以来的研究进展
利用新型的非线性光学晶体，制作在宽广波长范围 可调谐的连续或者ps、fs脉冲光学参量振荡器及光学 参量放大器。 和超快过程密切结合：
• 发展超短脉冲光作用下的非线性光学。 • 发展用于研究物质中各种超快过程的研究（光学生物、光化学）。
发展薄膜，光纤和光波导中非线性光学特性及其应 用方面的研究。 光孤子通信、光存储......。
非线性相移
U sgn( 2 ) 2U e z 2 i | U | U 2 z 2 LD LNL
(4)
利用方程(3)定义的归一化的振幅U(z,t)，传输方程(4)在β2=0的 极限条件下变为 α：光纤损耗系数
U ie z | U |2 U z LNL
LNL ( P0 )1 非线性长度
∣U(0,0)∣=1，因而
max Leff LNL P0 Leff
自相位调制
SPM感应频率啁啾：
率两侧出现了不同的瞬时光频率，也就是出现了频率啁啾。
Leff NL 2 (T ) | U ( 0 , T ) | L T T NL
Nonlinear Fiber Optics
Major Nonlinear Effects
Self-Phase Modulation (SPM) Cross-Phase Modulation (XPM) Four-Wave Mixing (FWM) Stimulated Raman Scattering (SRS) Stimulated Brillouin Scattering (SBS)
n ~(, E ) n() n2 E
2
2
2
式中，E 为光纤内的光强，n2 是与 有关的非线性折射 率系数
(3)
n2
3 3) Re( ( ) 8n
式中，Re表示实数部分。折射率对光强的依赖关系导致 了大量有趣的非线性效应。
非线性光纤光学
光纤光学中的非线性效应
自相位调制(SPM)
发展历史（三个阶段）
非线性光学的早期工作：
1906年泡克尔斯发现线性电光效应(泡克尔斯效应)； 1929年克尔发现二次电光效应(克尔效应)。
由于缺乏光学频段非线性研究的必要条件，光学非线 性的研究一直停滞不前。 非线性光学发展成为今天这样一门重要学科，应该说 是从激光出现后才开始的。
三个重要阶段
非线性折射率
（光强）
交叉相位调制(XPM) 四波混频(FWM) 受激喇曼散射(SRS)
受激非弹性散射
受激布里渊散射(SBS)
SPM和XPM都只影响信号的相位，从而使脉冲产生啁啾， 这将会加快色散引起的脉冲展宽，尤其在高速系统中。 SRS、SBS及FWM过程所引起的波长信道的增益或损耗与 光信号的强度有关。这些非线性过程对某些信道提供增益 而对另一些信道则产生功率损耗，从而使各个波长间产生 串扰。
非线性光学研究全面深入的20年（1971-1990）
发现新的非线性光学效应：四波混频、光克尔 展开各种非线性光学效应的应用研究：
• 扩展激光波长的范围和发展各波段连续可调谐技术； • 发展非线性光学共辄技术及应用； • 以光计算和光电子技术为应用背景，出现了各种光学双稳 的方案和装置。
与材料研究紧密结合（非线性光学晶体BBO，LBO/ 半导体超晶格／量子阱／有机聚合物）。 1984年，沈元壤出版《The Principles of Nonlinear Optics》一书。
1 iC T U (0, T ) exp 2 T0
2 m 1
SPM感应啁啾为
2m Leff T (T ) T0 LNL T0
T 2 m exp T 0
频谱展宽因子
脉冲频谱的真实形状 S ( ) 可通过对式 U ( L, T ) U (0, T )exp[iNL ( L, T )] 2 ~ 做傅里叶变换，并利用 S ( ) U ( L, ) 得到
S ( )
U (0, T ) exp[iNL ( L, T ) i( 0 )T ]dT
目录
contents
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非线性光纤光学 我们要做什么
发展历史
我们要做什么 自相位调制
SPM的应用
非线性光纤光学
非线性概念
线性系统：
• 输入、输出信号频谱相同 • 特性参数（传递函数）与输入信号幅度无关
线性系统的输入、输出满足叠加原理 在小信号状态下，光纤是线性系统
N 路 信 号 同 时 输 入 N 路 信 号 分 别 输 入
自相位调制
m=3 m=1 m=1 m=3
非线性相移φNL在时域的形状与光强相同。 δω在前沿附近是负的（红移），而到后沿附近则变为正的（蓝移）。 对于高斯脉冲，中心附近较大的范围内，有正的、线性啁啾。 对于前后沿较陡的脉冲，啁啾量显著增大。 超高斯脉冲的啁啾仅发生在脉冲沿附近，且不是线性变化的，而中心 频率附近为零。
引入一个对初始脉宽T0归一化的时间量
t z / vg T • T0 T0
(2)
同时，引入一归一化振幅U
A(z , ) P0e a功率，指数因子代表光纤的损耗。利 用方程(1)-(3)，U(z,τ)满足方程(4)。
自相位调制
非线性光学的早期10年（1961-1970） 非线性光学研究全面深入的20年（1971-1990） 20世纪90年代以来的研究进展
发展历史（三个阶段）
非线性光学的早期10年（1961-1970）
1961年，由Franken等人进行的红宝石激光倍频实 验（SHG）。标志着对非线性光学进行广泛实验和理 论研究的开端。 随后发现了几种非线性光学的基本现象和各种瞬态 光学效应：
在正常色散区，由于色散效应，一旦自相位调制引起频谱展宽，沿着 光纤传输的信号将经历暂时的较大展宽。
在反常色散区，光纤的色散效应和自相位调制效应可能会相互补偿， 从而使信号的展宽小一些。
在一般情况下，SPM效应只在高累积色散或超长系统中比较明显。 受色散限制的系统可能不会容忍自相位调制效应。在信道很窄的多 通道系统中，由自相位调制引起的频谱展宽可能在相邻信道间产生 干扰。
自相位调制 标题
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Nonlinear Fiber Optics 我们要做什么
Development History
我们要做什么 Self-Phase Modulation
Applications of SPM