利用matlab分析微环谐振器仿真程序,高q值微环谐振器中产生克尔光频梳的理论分析-theoretical analysis of kerr optical frequency comb genera...

高q值微环谐振器中产生克尔光频梳的理论分析-theoretical analysis of kerr optical frequency comb generated in high q micro-ring resonator

摘要光频梳技术的出现，给光频率测量，通信应用等带来巨大的应用前景，而微 环谐振器产生的克尔光频梳，具有频谱宽，功耗小，频率稳定性高，以及体积小 易集成等优势，成为近年来的研究热点。虽然实验上已经证实了基于微环谐振器 可产生宽频谱稳定的克尔光频梳，但是对克尔光梳产生机制的分析理解仍然不成 熟，相关理论研究也相对较少，从而阻碍了克尔光梳的进一步实现及其应用。本 文基于高 Q 值微环谐振器，对克尔光梳的相关机制、原理，特性以及相关应用进 行了深入的理论研究，主要工作内容和创新如下：1、 利用 LLE 方程建立了克尔光梳的产生模型，涉及的物理效应包括微环内损 耗、失谐、色散等，利用仿真形成了克尔光频梳产生的四个不同阶段模型，分析 解释了每一阶段的主要机制，主要包括四波混频和不稳定性调制等。仿真结果分 析表明，克尔光梳产生是多种非线性效应共同参与的结果，与泵浦光功率，调谐 值等密切相关。仿真结果与近期报道的相关实验结果一致。2、 对克尔光梳的相干特性进行了深入研究。探究了不同情况下噪声种子对光 梳相干产生的影响，包括初始状态随机注入噪声种子，以及光梳产生过程中人为 注入噪声种子，对光梳产生的影响。通过分析光梳的频率相干性和时间相干性， 得出噪声种子对光梳演化过程的影响。分析结果表明，由于克尔光梳的产生是由 随机噪声触发的，且其演化过程中包含多种复杂的非线性效应，因此不同光梳之 间普遍具有较低的相干性。3、 由于克尔光梳具有频谱宽、线宽窄、稳定性高等优势，本文研究了将克尔 光梳作为调制光源在通信传输系统中的传输特性。首先分析了其作为幅度调制传输系统的调制光源时的接收性能，包括眼图特征和最大 Q 值分布情况，从理论上 证明了其作为非相干调制光源的可行性。其次分析了在光 OFDM 传输系统中，将克尔光梳作为相干调制光源时的传输及接收特性，结果表明，克尔光梳同样具有 良好的调制特性。关键词：非线性效应，克尔光频梳，LLE 模型，噪声特性，传输特性ABSTRACTSince optical frequency comb technique has brought a huge prospect in optical frequency measurement and communications applications, the research on micro-ring resonators Kerr comb has become a hot point recently, with its great advantages of a wide spectrum, low power consumption, high stability, small size and easy integration. The experiment has confirmed the Kerr optical micro-ring resonator can produce a wide spectrum of stable frequency comb, however it is still lack of theoretical study, such as there is no clear and exactly definition on its formation process, which hinders the further realization of its application. Based on the high-Q micro-ring resonators this thesis focuses on Kerr comb mechanisms, principles, characteristics, and related applications. The main content of the work and innovation are as follows.Firstly, LLE equation has been used to establish Kerr comb generation model, taking into consideration of many possible physical effects such as micro ring loss, detuning, dispersion, etc. Through this simulation models the article shows four different stages of the Kerr optical frequency comb formation process in MATLAB softwar