啁啾

2021-03-19 13:27:46 浏览:352

定义

光脉冲瞬时频率随时间的变化而变化。

一个光脉冲的啁啾即为其瞬时频率随时间的变化而变化的特性。具体的来说,如果一个光脉冲的瞬时频率在时域上升高(或降低),即称该脉冲具有上啁啾(或下啁啾)。 举一个例子,一个具有高斯包络和二次时域相位的脉冲的表达式如下:

其具有一个线性的啁啾:即其瞬时频率随着时间的变化有一个线性的变化。

图 1 一个具有强上啁啾的脉冲,其瞬时频率随时间的推移而上升。 

脉冲在透明介质中传播后,由于色散和非线性效应(如由克尔效应引起的自相位调制)的影响,会具有啁啾。在半导体激光器和放大器中,由于载流子浓度变化导致的折射率变化也会导致脉冲具有啁啾。一个脉冲的啁啾可以将脉冲通过一些具有适当色散的元件后而被消除或者反转。

对于给定的光谱,当脉冲没有啁啾(无啁啾脉冲)时,其具有最小的脉冲脉宽。这种情况相当于脉冲具有一个不变的瞬时频率,且(几乎)相当于具有一个恒定的谱相位。

脉冲啁啾的量化

有多种不同的方法可以用来量化脉冲的啁啾:

1、啁啾的大小可以用瞬时频率随时间变化的大小来表征,其单位为THz/s。当啁啾为非线性啁啾时,该数值是随时间变化的,即对于一个脉冲而言,其不一定是一个常数。

2、另外,也可以利用群延迟色散(以s2为单位)来衡量啁啾的大小,即需要补偿多少二阶色散才能使得脉冲具有最小的脉宽和最大的峰值功率。

需要注意的是,以上的两种定义之间的关系有时并不是简单的直接对应关系。例如:向一个无啁啾脉冲增加一个正常色散会使得脉冲具有啁啾,如果这个正常色散从0开始不断变大,那么第二种定义中需要用来补偿的色散也就会变大;但是第一种定义中的瞬时频率的变化量则会线变大然后变小,这种变小是因为同样的瞬时频率的变化会发生在一个更长的时间内,因为脉冲的时域宽度也变大了。

另外一个例子是,一个无啁啾脉冲受自相位调制的影响,其光谱的宽度也会增加。当发生显著的光谱展宽时,其瞬时频率的变化会变大,但是其所需的补偿色散确会变小。

啁啾在实例中的影响

在光纤通信系统中,在数据发射机中常采用直接调制的半导体激光器。这种功率调制的一个副作用是在激光二极管活性区域自己拼命干载流子浓度的变化,这会导致在时间上的相位变化,即一个具有啁啾的脉冲输出。当数据信号通过一个很长的光纤传输时,该啁啾则会产生很大的影响。这是因为光纤的色散本质上是一个频率相关的时间延迟,而这与啁啾脉冲结合后会导致信号劣化。因此,长距离的传输需要低啁啾脉冲,其可以通过连续工作的激光二极管和独立光强度调制器来实现。

其它情况中的啁啾

啁啾有时也会出现在其他的情况下,即某些其他的值随时间或者空间变化时。例如,在非周期性的光纤布拉格光栅中的啁啾指的是光栅周期的啁啾。这同样适用于其他类型的啁啾镜。

另一个概念是空间啁啾,其指的是实质上的光束的横截面上其峰值波长随空间的变化而变化。通常这不是一个精确的定义,而只是一种现象的名称。

参阅:谱相位、瞬时频率、变换极限、脉冲、脉宽、色散、非线性

脉冲

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