为了设计出自由频谱区(FSR)较大和3dB带宽较小的带通滤波器，拟合级联马赫－曾德尔干涉仪(MZI)与阶梯形滤波器原理的相似性，在MZI中引入啁啾臂长差以有效扩展FSR。采用传输矩阵法建立带通滤波器的理论模型，进而分析其滤波性能(3dB带宽、FSR)与结构参数(级联级数、衍射阶数)的对应关系。结果表明，当合理选取啁啾系数，该滤波器在保持3dB带宽不变的前提下有效扩展了FSR，并且在整个FSR内具有高边模抑制比。在设计实例中，对应低于4．5nm的3dB带宽和高于100nm的FSR(要求边模抑制比高于35dB)的滤波性能，器件的级联级数、衍射阶数、最佳啁啾系数分别对应16，45和5。

提出双环掺铒光纤激光器耦合反馈控制混沌的物理模型,利用定向耦合器将系统的输出变量反馈到系统中,通过间接控制损耗系数,并选取适当的反馈系数,实现对系统混沌的控制.分析了反馈系数对激光器由混沌态进入周期态和稳定态的动力学行为的影响.数值模拟表明:改变系统损耗系数,双环掺铒光纤激光器可由周期态进入混沌态;加入耦合反馈,适当调制反馈系数,可以将双环光纤激光器混沌控制到周期态和稳定态上;提高系统反馈系数,系统进入稳定态的时间变短.选取不同的系统初值,激光器总能得到两种不同的奇怪吸引子,可见双环掺铒光纤激光器具有双稳态特征.

根据双环掺铒光纤激光器的理论模型, 提出多变量单向耦合法实现混沌同步, 对主从系统模型进行数学推导, 研究不同参数条件下双环掺铒光纤激光器的混沌同步, 得到实现混沌同步的条件, 并在Simulink平台下动态仿真。结果表明, 衰减系数不同的两个双环掺铒光纤激光器, 主激光器通过定向耦合器驱动从激光器, 主从系统可以实现精确混沌同步, 且随着反馈强度的增大, 实现系统混沌同步的时间越短, 反馈强度的取值范围由衰减系数和耦合系数确定; 选取不同的系统初值, 主从系统可实现混沌同步, 系统初值对达到混沌同步时间的影响可忽略不计; 在主从系统中引入随机高斯噪声, 主从系统仍可实现较好的混沌同步。

建立了高功率掺镱双包层光纤激光器的速率方程模型与热应力模型,对影响受激拉曼散射效应和热应力效应的关键参数(如纤芯半径、光纤长度、泵浦波长、泵浦方式)进行了数值模拟.结果表明:对于较小的纤芯半径,光纤内的斯托克斯光功率较大且增长迅速,因此增加纤芯半径能有效减弱受激拉曼散射效应;减小光纤长度能提高受激拉曼散射的阈值,而纤芯的热应力也增大,因此在不出现热应力引起光纤断裂的情况下,可以减小光纤长度以提高输出功率;采用976 nm波段泵浦源能提高输出功率,降低热应力的影响;两端均匀泵浦方式可以有效降低纤芯热应力,同时维持高功率输出.

基于Chebyshev恒等关系,提出了一种分析折射率周期分布取样光纤Bragg光栅(Sampled Fiber Bragg Grating,SFBG)的快速方法.这类SFBG由许多结构一致的折射率分布周期构成,对应计算过程中多次重复的幺模矩阵运算,计算效率低;利用Chebyshev关系可将传输矩阵的幂运算简化为一次矩阵运算,因而这种快速算法能有效地简化计算.应用此方法分析两种典型的周期性结构光栅(周期啁啾SFBG和二元相位SFBG),数值结果充分验证了其计算速度上的优势.

以单周期信号为例,数值模拟并讨论了注入频率和注入光场波动强度对主从式半导体激光器同步性能的影响.分别通过直接调制和外部调制两种方式获得单周期信号,并采用改进的参数--相似指数评价系统的同步性能.研究结果表明:当注入强度足够大时,系统实现注入锁定同步,外部调制的相似指数大于内部调制;注入强度恒定时,同步品质几乎不受调制指数的影响,而受调制频率的影响;由于内部、外部调制引起主激光器的输出反相,两种调制方式下同步品质随调制频率的变化趋势也相反.