切趾非线性布拉格光纤光栅双稳开关的动态特性分析

"该文基于耦合模方程和传输矩阵方法，研究了切趾型非线性布拉格光纤光栅（NLBG）的双稳开关特性及其动态行为。研究发现，切趾参数对NLBG双稳开关的阈值有显著影响，正负切趾展现出光隔离器效应。在连续波输入条件下，NLBG动态特性表现为周期性的自脉动，当输入光强增加至临界值时，输出可能从自脉动转变为混沌状态。同时，耦合系数的增大会改变脉动基座的宽度和频率，当其达到一定数值，输出状态将转为弛豫衰减振荡。" 本文深入探讨了光纤光学中的一个重要组件——非线性布拉格光纤光栅的非线性行为。非线性布拉格光纤光栅（NLBG）是一种特殊类型的光纤光栅，其结构经过设计，具有切趾特性，即其折射率调制不是均匀的。这种特殊的结构使得NLBG能够展示出双稳态行为，即在一定的输入条件下可以稳定在两种不同的输出状态。 作者利用耦合模方程，这是一种描述光纤光栅内部模式相互作用的数学模型，结合包含时间推移变量的传输矩阵方法，对NLBG的双稳特性进行了理论建模和分析。研究揭示，切趾参数的变化对NLBG双稳开关的阈值光强有着显著影响。正切趾和负切趾NLBG在稳态时表现出光隔离器特性，能有效地阻止反向光的传播，这对于光通信系统中的信号隔离至关重要。 此外，论文还关注了NLBG在连续波输入下的动态特性。NLBG在这些条件下容易产生周期性的自脉动现象，即输出光强自发地在两个或多个状态间振荡。随着输入光强的增加，这种自脉动可能转变成更复杂的混沌行为，这在光学系统中可能用于信息处理或随机数生成。 进一步的研究集中在耦合系数的影响上。耦合系数决定了光栅内不同模式之间的相互作用强度。当耦合系数增大，自脉动的基座宽度和频率会减小。当耦合系数超过某一临界值，NLBG的输出将不再表现为自脉动，而是转变为弛豫衰减振荡，这是一种更加复杂的动态行为，可能在光开关和光学数据处理应用中有潜在用途。 该研究提供了关于NLBG双稳开关和动态特性的深入理解，为优化光纤光栅的设计和提高光纤通信系统的性能提供了理论指导。这些研究成果对于开发新型的光纤光学器件，尤其是那些依赖非线性和动态响应的器件，具有重要的科学价值和应用前景。