磁控光纤参量过程及其在光子信息处理中的应用研究

Highly-nonlinear-fiber-based devices have become an attractive research topic in the field of ultra-high-speed photonic information processing due to the fiber's unique features, such as inherent THz bandwidth, fast nonlinear response with femto-second order of magnitude, and easy quick interconnection. This project will focus on what follows: (1) combine magneto-optics with nonlinear fiber optics, establish the propagation and control theory for optical guided waves in magneto-optical nonlinear fibers, and investigate the micro-mechanism of magneto-optic effects; (2) verify the magnetic control mechanism of fiber nonlinearity by experiments and enhance the controllability of intelligent fiber-optic information processing devices for the next generation of optical fiber communications; (3) improve the operating performance and increase useful functions of nonlinear fiber devices by optimizing the magneto-optic parametric process, including the implement of magnetically tunable gain, the improvement of four-wave-mixing-based pulse reshaping, magnetic control function of nonlinear Sagnac switching, and fiber-optic-parametric-oscillator (FOPO)-based stable clock extraction, etc.

光纤固有的太赫兹带宽、高达飞秒级的非线性响应、以及光纤间易于耦合连接等优点，使高非线性光纤器件成为超高速光子信息处理领域的研究热点。本项目将磁光学与非线性光纤光学相结合，建立磁光非线性光纤中导波光脉冲的传输与控制理论，探索光纤磁光效应的微观机制；实验验证光纤非线性磁控机理，增加光纤信息处理的可控性，为下一代光纤通信网络提供智能光子信息处理器件；优化磁光光纤参量过程，增强光纤非线性器件的工作性能和应用功能，实现磁可调参量增益、提升光脉冲四波混频整形效果、磁控非线性Sagnac光开关、稳定光纤参量振荡器的时钟提取等。

光纤固有的太赫兹带宽、高达飞秒级的非线性响应、以及光纤间易于耦合连接等优点，使高非线性光纤器件成为超高速光子信息处理领域的研究热点。本项目将磁光学与非线性光纤光学相结合，建立了导波光的磁光非线性耦合模方程，并用于分析磁光效应对光脉冲非线性传播特性的影响；通过磁光四波混频实验，揭示了光纤非线性的磁控机理；优化磁光光纤参量过程，设计并实现了磁控光纤参量放大器、磁光四波混频的光脉冲整形器、磁控非线性 Sagnac 开关，以及磁控光纤参量振荡器等多功能光纤器件。. 按计划完成了各项研究任务，实现了项目的研究目标。取得的主要研究进展包括：建立了磁光光纤非线性耦合模理论，并推广到磁光光纤光栅；研究了有源非线性光纤的放大和整形，及其磁控特性；开展了磁光四波混频再生实验，进一步提升光接收机灵敏度；研究了高非线性光纤萨格纳克干涉结构的磁控开关特性；提出了基于闲频光反馈控制的光纤参量振荡器（FOPO），实现稳定时钟提取；提出偏移滤波法抑制多波长再生串扰，研制出八波长全光2R再生器；设计并研制出磁控多功能光信息处理器件；提出一种多电平全光再生器的设计方法，给出MZI多电平再生器实现方案。. 项目获得了预期的研究成果，发表期刊论文25篇，国际会议论文14篇，申请5项国家发明专利（2项授权），出版学术专著一本；培养了硕士16人（12人毕业）、博士4人（2人毕业）。