国家自然科学基金、国家“计划”青年项目基金;

全光固体分幅相机技术是目前超快诊断技术领域最有前途的发展方向之一。因其在实现皮秒、亚皮秒量级时间分辨率、超高空间分辨率、拓宽探测信号波段范围、可靠性、稳定性、抗辐射抗干扰等方面拥有独特的优势, 引起了人们的广泛关注。文中将波分复用以及偏振复用技术应用到全光固体分幅相机系统中, 进行多分幅的方案研究, 在保证皮秒量级时间分辨率的前提下, 探索获得几幅到十几分幅数的分幅方案。最终, 在实验上获得了空间分辨达到60 lp/mm的四分幅图像。实验结果显示, 对于波分分幅的时间分辨率为1.414 ps, 偏振分幅的时间分辨率为15 ps。

针对密集波分复用系统中多信道色散补偿问题，文章首先采用传输矩阵法对取样光栅进行了分析，然后介绍了在此基础上通过调节线性啁啾系数所进行的仿真实验。仿真结果表明，在多信道色散补偿中，啁啾取样光栅反射谱的反射率非常均匀，且都达到了90%以上；时延谱具有很好的一致性，最小时延抖动＜40 ps；色散图也比较均匀，能完成正负色散的补偿，且在仿真中色散值可以不超过500 ps/nm。

通过求解包含超高斯增益系数滤波项的分布增益非线性薛定谔方程，模拟研究了短脉冲在有限增益带宽指数增益光纤放大器中的自相似演化行为及其差异。结果表明脉冲在不同指数增益分布放大器中传输时都会受到增益带宽的限制。相同输入脉冲在相同长度、相同总增益的指数上升、下降和双向分布放大器中放大时，在双向分布放大器中输出能量最高，输出脉冲线性啁啾特性最好，指数下降放大器输出能量最低，输出脉冲线性啁啾特性最差，指数上升放大器居两者之间。另外，总增益相同时，无论是指数上升、下降和双向分布放大器，初始增益系数较小，输出脉冲能量较高，脉冲线性啁啾特性较好。

利用数值方法求解广义非线性薛定谔方程,数值模拟了光脉冲在高非线性光子晶体光纤 正常色散区超连续谱产生的演化, 研究和分析了脉冲参数如峰值功率、脉冲宽度及初始频率啁啾对超连续谱形成的影响。结果表明,当脉冲峰值功率一定时, 随着传输距离增大,超连续谱随之愈宽,平坦度愈好;随着脉冲峰值功率逐渐增大,超连续谱随之更宽,平坦度有所劣化。相反, 脉冲宽度逐渐增大,超连续谱展宽范围减小,其平坦度也逐渐劣化;具有适当的正负啁啾脉冲,在高非线性光子晶体光纤传输中 获得了宽而平坦的超连续谱。

基于霍夫变换及线性啁啾变换，提出在空域及频域中分析数字全息图中颗粒粒径大小的方法.在对粒子全息图进行降噪滤波、边缘提取等预处理后，利用弦中点霍夫变换检测粒子的圆心位置，然后以圆心为起点径向扫描出归一化光强分布曲线，求出空域第一个极小值位置.对光强信号做傅里叶变换，结合线性啁啾变换做局部频谱细化，求出频域第一个极小值位置.利用所得极小值位置，代入公式，即可求解颗粒粒径大小.数值计算结果表明，对于粒子间距较大的粒子全息图，该方法误差在2.5%以内.

为进一步研究非线性渐增光纤中超短脉冲自相似演化的特性，利用数值仿真的方法分析了入射脉冲能量、脉冲宽度和类增益系数3个因素对输入脉冲自相似演变的影响。结果显示：入射脉冲能量和类增益系数对自相似演变的影响较为显著，在增大入射脉冲能量或类增益系数的情况下均可加速自相似演化的速度，即缩小演化所需的特征距离；而脉冲宽度对自相似演化的速度影响则十分微弱。

为了研究超短脉冲在非线性渐增光纤中自相似演化的特性,采用理论分析与数值模拟的方法,对脉冲在非线性渐增光纤中的传输演变进行了数值仿真。结果表明,脉冲在非线性渐增光纤中的传输与在具有放大增益的光纤或色散渐增光纤中一致,均能实现脉冲的自相似演化,最终演化为具有良好线性啁啾特性抛物形脉冲,仿真结果验证了脉冲在非线性渐增光纤中的传输方程具有渐进解。由于输出抛物脉冲具有良好的线性啁啾,此研究结果对实现高质量的脉冲压缩是有帮助的。

文章数值分析了负色散掺铒光纤放大器(EDFA)中基孤子脉冲传输及啁啾特性, 给出了一种利用EDFA获得线性啁啾的新方法。数值分析结果发现: 增益系数μ1时, 基孤子脉冲在EDFA中传输能够获得很好的线性啁啾, 并且啁啾的特性受选取的EDFA长度L的影响, L越大时线性啁啾越明显, 线性啁啾所占的脉冲区域越窄。最后计算了输出脉冲在啁啾补偿后获得的压缩因子和基座能量比。

为了研究孤子脉冲经掺铒光纤放大器演变后的啁啾特性，采用了对称分步傅里叶的数值方法，对孤子脉冲在不同增益条件下的演变和线性啁啾特性进行了数值仿真。 数值计算的结果表明:当满足增益系数μ远大于1时，基孤子脉冲在放大器中传输能够获得很好的线性啁啾，且发现脉冲的啁啾特性受选取的放大器长度参量的影响; 啁啾越明显的脉冲，线性啁啾所占的区域越窄。进一步讨论了一般孤子脉冲演变后的啁啾特性，发现初始啁啾系数和孤子阶数对脉冲获得的线性啁啾均有很大影响， 初始正啁啾系数和高孤子阶数均能 增强输出脉冲的线性啁啾特性。利用孤子脉冲在掺铒光纤放大器中传输的非线性效应能够获得良好的线性啁啾，这对实现高质量的脉冲压缩是很有帮助的。