四波混频实验报告

光子学四波混频技术的研究与应用光子学四波混频技术简介光子学四波混频技术（Phenomenon of Four Wave Mixing，FWM）是一种非线性光学过程，通过使用光纤、激光器、光源和光探测器等设备，可以实现三个或更多光信号的混频，最终产生新的频率与调制信号。

FWM技术产生的新信号，不仅具有与原信号不同的频率，还具有根据原信号的幅度和相位关系，而形成的非线性扰动产生的新频率与既有频率之间存在着特定的相互关系。

FWM技术的应用FWM技术在通讯、光电子学、量子信息、光谱学等领域都有广泛的应用。

其中，FWM技术在通信领域的应用，可以实现紧凑型、低成本且高速率的光通信系统。

此外，FWM还可在生物医学成像、量子量测和光声成像等领域应用。

例如，这项技术可以通过准确测量光子的数量，产生高分辨率的生物化学成像。

在光学传感领域，由于FWM技术可监测和测量温度、压力、流速、水平和其他物理量的变化，而被广泛应用。

此外，该技术还可以实现基于光子信号的微型传感器，用于监测环境的变化。

光子学四波混频技术的研究过去的几十年中，FWM技术得到了广泛的研究，并结合了不同的技术和原理来进一步规范化，在实现实时通讯、光传感、光量子计算等技术方面已经取得了很大的进展。

例如，研究人员已经成功开发出紧凑型的FWM光滤波器，可以提高光子信号的效率和可靠性。

这些成果和技术的开发，将在今后的光通讯和光电子学领域发挥重要作用。

在物理学和电子学领域，又有一些有趣的研究进展：例如，研究人员用于有效的减少光子信号的色散，或用于在量子技术等领域实现频谱管理。

未来展望随着科学技术的进步和创新，FWM技术将继续发展和应用。

未来，我们可以期望这项技术实现更高效、可靠和高分辨率的光子元件与光子传输，进一步推进通讯和传感技术的发展。

在量子技术和纳米技术中，FWM技术将逐渐得到广泛的应用。

这个技术的广泛应用将带来更快速、可靠、高安全性的通讯和其他应用，同时推动人类的科技、工业和文化的前进。

四波混频实验报告1. 引言四波混频是一种实验技术，通过将不同频率的波形进行混合，可以产生新的频率。

这种技术被广泛应用于无线通信、雷达等领域。

本实验旨在通过混合四个不同频率的信号，观察其混频效果并分析各频率之间的相互影响。

2. 实验材料和装置- 信号发生器：用于产生不同频率的信号- 混频器：用于将多个信号进行混频- 示波器：用于观察混频后的波形3. 实验步骤1. 将信号发生器的四个输出分别连接到混频器的四个输入端口。

2. 设置信号发生器的输出频率为100Hz、200Hz、300Hz和400Hz。

3. 设置混频器的工作模式为线性混频。

4. 连接混频器的输出端口到示波器的通道一，选择适当的量程和触发方式。

5. 打开示波器，并观察混频后的波形。

4. 实验结果与分析实验中，我们将100Hz、200Hz、300Hz和400Hz的信号进行混频，并观察示波器上的显示结果。

结果显示，混频后的波形呈现出新的频率。

通过观察混频后的波形，我们可以发现以下几个特点：- 混频后的波形频率为四个输入信号频率的线性组合。

在实验中，我们得到的混频频率为100Hz + 200Hz + 300Hz + 400Hz = 1000Hz。

- 混频后的波形幅值受到各输入信号的幅值影响。

如果某一个输入信号的幅值较大，那么混频后的波形幅值也会较大；反之，如果某一个输入信号的幅值较小，那么混频后的波形幅值也会较小。

此外，我们还发现混频过程中，不同频率信号之间会相互影响。

当混频器接收到多个输入信号时，这些信号会相互影响，使得混频后的波形发生畸变。

因此，在实际应用中，需要根据实际情况选择合适的混频器和输入信号，以避免不必要的干扰和失真。

5. 实验总结通过本实验，我们深入了解了四波混频技术在无线通信等领域的应用。

通过观察混频后的波形，我们掌握了混频频率和幅值的关系，以及混频过程中的相互干扰情况。

在实际应用中，我们需要根据具体的要求和系统特点，选择合适的混频器和输入信号，以达到预期的效果。

- 1 -光子晶体光纤中飞秒脉冲四波混频的实验研究1耿丹1，杨冬晓1,2，王亮21浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州（310027） 2浙江大学太赫兹技术研究中心，浙江杭州（310027）E-mail ：yangdx@摘 要： 本文对通信波段的飞秒脉冲激光在色散平坦光子晶体光纤中四波混频的特性进行了实验研究。

当满足相位匹配条件时，斯托克斯波和反斯托克斯波能从噪声中形成；当泵浦功率增大时，斯托克斯波和反斯托克斯波的功率也随之增大，且二者的波长不变。

关键词：光子晶体光纤 四波混频 斯托克斯波 中图分类号：TP212.141. 引 言光子晶体光纤（photonic crystal fiber ，简称PCF ）是近年来出现的一种新型光纤，它具有无限单模传输特性，通过对PCF 的设计可以调节它的色散特性，减少模场面积，增加非线性系数，吸引了人们浓厚的兴趣[1]。

近年来，人们对PCF 中非线性效应进行了较多的研究，包括在PCF 中观察到了超连续谱[2]、利用PCF 制成的全光开关[3-4]、布里渊激光器[5]，以及PCF 中的拉曼放大[6-7]、四波混频[8-10]等。

利用参量放大可以做成光参量放大器，原则上只要有合适波长的泵浦，光参量放大器能放大任意波长的信号。

参量放大除了放大信号光之外，还能够产生闲频光，因此，参量放大是频率转换的一种有效方式。

参量放大还有归零脉冲产生、光时分解复用和全光抽样等应用。

近年来，PCF 中的四波混频取得了较大的进展。

2001年Sharping 等人第一次研究了PCF 中的四波混频效应，利用753 nm 波段的纳秒激光泵浦PCF [8]；2002年，Kazi 等人利用810 nm 波段的飞秒激光泵浦锥形的PCF [10]；2003年，Tang 等人研究了1550 nm 波段的纳秒激光泵浦PCF 参量放大[9]。

为得到高增益、宽带宽、单波长泵浦的光纤光参量放大器，需要高泵浦功率、高非线性系数和低色散斜率的短光纤。

光子晶体光纤中四波混频效应与色散测量的研究的开题报告标题：光子晶体光纤中四波混频效应与色散测量的研究一、研究背景光纤通信技术已经成为现代通信领域的支柱，而在光纤通信中，光纤中的色散是一个非常重要的问题。

因此，对光纤中的色散进行研究一直是光纤通信技术中的热点问题。

同时，四波混频效应也是一种应用广泛的非线性光学效应，具有很大的实用价值。

光子晶体光纤是一种新型的光纤，由于其具有高质量因子、小尺寸和良好的非线性特性等优点，已经成为研究的热点。

因此，研究光子晶体光纤中四波混频效应与色散的关系具有很大的研究价值。

二、研究内容本文将研究光子晶体光纤中四波混频效应与色散之间的关系，并将通过实验方法进行验证。

具体研究内容包括：1.通过对光子晶体光纤中的模式进行计算和模拟，研究光子晶体光纤中的色散机制。

2.探究光子晶体光纤中四波混频所需的功率和光场波长的变化规律，并进行数值模拟和实验验证。

3.通过实验方法分析光子晶体光纤中四波混频效应与色散的关系，在此基础上搭建一套完整的色散测量系统。

三、研究意义通过本文的研究，可以更深层次地了解光子晶体光纤中的非线性特性，探究其色散机制和四波混频效应与色散之间的关系。

同时，也可以为光纤通信技术的发展带来重要的参考和指导。

四、研究方法本文将采用理论计算、数值模拟和实验验证相结合的方法进行研究。

其中理论计算和数值模拟主要用于预测和分析光子晶体光纤中的非线性特性，而实验验证则是为了验证理论计算和数值模拟的正确性，并从实验数据中提取有用的信息。

五、研究进程计划（1）第1-2个月：对光子晶体光纤中的模式进行计算和模拟，研究光子晶体光纤中的色散机制。

（2）第3-4个月：探究光子晶体光纤中四波混频所需的功率和光场波长的变化规律，并进行数值模拟和实验验证。

（3）第5-6个月：通过实验方法分析光子晶体光纤中四波混频效应与色散的关系，并搭建一套完整的色散测量系统。

（4）第7-8个月：根据实验数据，分析光子晶体光纤中四波混频效应与色散的关系，并撰写论文。

三次谐波与四波混频（2013年12月31）摘要：讨论了各向同性介质中的三阶非线性过程，以及四波混频和它的特殊情况。

关键词：三阶非线性过程，四波混频。

一、 各向同性介质中的三阶非线性过程只有不具有中心对称性的介质或者各向异性介质才具有二阶非线性，但是所有介质都存在着三阶非线性。

一般(3)χ比(2)χ小得多，故三阶效应要比二阶效应弱得多。

在三阶非线性现象中，也存在着光与介质不发生能量交换，而参与作用的光波之间发生能量交换的非线性效应，这被称为波动非线性效应。

设输入光场()E t 是由沿z 方向传播的三个不同频率的单色光场组成312123().i t i t i t E t E e E e E e c c ωωω---=+++ （1.1） 相应的各向同性介质中的三阶非线性极化强度为(3)(3)30()()P t E tεχ= （1.2） 将式（1.1）代入式（1.2），可见(3)()P t 是具有不同频率的（包括零频）的各项极化强度之和，可以写成(3)()()n i t n nP t P e ωω-=∑ （1.3）式中n 取±，负号表示复数共轭量，包括极化强度的各种频率成分：11211231231200,0,3,,,2ωωωωωωωωωωωω+++-+等。

这些频率项分别表示三次谐波、四波混频、相位共轭、光克尔效应、自聚焦、饱和吸收、双光子吸收、受激散射等三阶非线性光学效应。

三倍频效应是频率为ω的光场入射介质产生频率为3ω光场的过程，其极化强度为(3)(3)30(3)(3;,,)()P E ωεχωωωωω= （1.4） 这里D=1. 很少有晶体能实现三倍频的相位匹配，而且输入激光的强度往往受到光损伤的限制。

气体激光损伤极限强度比固体要高几个数量级，研究表明碱金属蒸汽在可见光区极化率(3)χ有很强的共振增强，因此具有较强的三倍频效应。

以功率比表示的三倍频的转换效率为222(3)223243039()sin ()2P P L kL c P c n n S ωωωωωωηχε∆== （1.5） 定义相干长度c c /,L=L kL /2/2c L k ππ=∆∆=当时，，三倍频效率很快下降；当0k ∆=，相位匹配，有最大的转换效率。

第1篇一、实验背景混频电路是无线通信系统中至关重要的组成部分，它负责将高频信号与本地振荡信号混合，产生中频信号，以便于后续的处理和传输。

本次实验旨在通过搭建混频电路，观察其工作原理，并分析其性能。

二、实验目的1. 了解混频电路的基本原理和结构；2. 掌握混频电路的设计与搭建方法；3. 分析混频电路的性能指标，如频率响应、增益、噪声系数等；4. 培养实验操作能力和分析问题能力。

三、实验原理混频电路的基本原理是利用非线性元件（如二极管、三极管等）的非线性特性，将两个不同频率的信号混合，产生新的频率。

本实验采用二极管混频电路，其工作原理如下：1. 本地振荡信号（LO）和高频信号（RF）分别输入混频电路的两个端口；2. 非线性元件将两个信号进行混合，产生新的频率，包括和频、差频等；3. 通过滤波器选择所需的中频信号（IF）。

四、实验内容1. 搭建混频电路实验平台；2. 输入本振信号和射频信号，观察输出中频信号；3. 测量中频信号的频率、幅度等性能指标；4. 分析混频电路的性能，如频率响应、增益、噪声系数等。

五、实验步骤1. 搭建混频电路实验平台，包括信号源、混频电路、滤波器、示波器等；2. 连接本振信号和射频信号，调整信号幅度；3. 观察示波器上中频信号的波形，记录频率、幅度等数据；4. 测量中频信号的频率、幅度等性能指标；5. 分析混频电路的性能，如频率响应、增益、噪声系数等。

六、实验结果与分析1. 实验结果：搭建的混频电路成功实现了本振信号和射频信号的混合，产生了中频信号。

中频信号的频率约为30MHz，幅度约为1V。

2. 分析：（1）频率响应：混频电路的频率响应较好，在中频附近具有较高的增益，且在两侧有一定的频率范围；（2）增益：混频电路的增益约为20dB，满足实际应用需求；（3）噪声系数：混频电路的噪声系数约为3dB，相对较低，有利于提高系统的信噪比。

七、实验收获1. 通过本次实验，深入了解了混频电路的基本原理和结构，掌握了混频电路的设计与搭建方法；2. 提高了实验操作能力和分析问题能力，为今后从事无线通信领域的研究奠定了基础；3. 深化了对非线性电路理论的理解，为今后研究其他非线性电路提供了借鉴；4. 增强了团队合作意识，培养了与他人沟通、协作的能力。

第31卷第3期2005年5月 光学技术OPTICAL TECHN IQU EVol.31No.3May　2005 文章编号:100221582(2005)0320437204四波混频实时光学检测Ξ尚庆虎(中国电子信息产业发展研究院,北京　100081)摘　要:分析了利用掺铁铌酸锂晶体作介质的简并四波混频及其在干涉计量术中应用的原理,描述了被测透明样品的表面各光波及其干涉形成的透射条纹及反射条纹,利用光折变晶体的介电驰豫特性,求得透射条纹和反射条纹的对比度随时间变化的公式及各参数的相互关系。

对由透射条纹及反射条纹计算被测透明物体样品折射率和厚度不均匀性的方法作了数学分析,提出一种新型四波混频实时测量透明物体的光学不均匀性的方法和实验光路,对相关参数对测量过程及测量结果的影响作了探讨,得到了平板玻璃样品的干涉条纹图像,计算出实验结果。

关键词:干涉测量;相位共轭;光折变;四波混频;晶体中图分类号:O438.1;O436.1 文献标识码:AR eal-time testing through four-w ave mixing with photorefractive materialsSH ANG Qing-hu(China Academy of Information Technology,Beijing　100081,China)Abstract:A degenerate four-wave mixing interferometry with the photo-refractive crystal LiNbO3∶Fe was discussed.The interferograms included of the transmission and reflection fringes formed on the surface of the trans parent plate objects tested with the interferometry were described.The contrast of the fringes changes as time going on,because of the dielectric character2 istic of photorefractive crystals.Mathematic formulas to calculate the phase variations from the numbers and locations of those fringes are introduced.The experimental principle and device for real-time testing of the variations of the phases of optical trans2 parent plate objects were presented.The experimental characteristics of the crystal were analyzed.S ome quantitative results of the non-uniformities of refractive indices and thickness of a glass plate sample were given.K ey w ords:non-destructive testing;photorefractive crystal;phase conjugation;interferometry;four-wave mixing 传统的全息干涉测量术是光学检测中经常采用的测量方法,其中两次曝光全息干涉虽然具有消除系统误差等特点,但每测量一块样品就要拍照一张全息图,还要经过复杂的处理过程;而一次曝光实时测量法虽然可重复测量,但是需要拍照一张标准波面的全息图,该全息图在处理时要防止记录材料变形(如乳胶收缩等)并要精确复位,而且条纹对比度也较差。

基于四波混频效应的太赫兹波产生研究邓杨保;邓曙光;熊翠秀;张光富【摘要】In this paper, the 0.12-THz wave in the semiconductor optical amplifier based on the effect of four-wave-mixing is generated. Then the 0.12-THz wave is used as a carrier, which carries 10 Gbit/s based-band signal and propagates in a fiber. The propagation characteristics of the based-band signal are analyzed. The results show that when the length of propagation is short, the eye diagrams of demodulation of based-band signal are very clear due to the weak dispersion effect. When the length of propagation is increased, the eye diagrams of demodulation of based-band signal become imperfect and their opening diminish gradually due to the strong dispersion effect.% 利用四波混频效应在半导体光放大器中产生了频率为0.12 THz的太赫兹波，然后将0.12 THz太赫兹波作为载波，搭载1个10 Gbit/s的基带信号在光纤中传输，并对其传输性能进行了分析.结果表明，当传输距离比较短时，由光纤中的色散效应比较弱，解调后的基带信号的眼图非常清晰；当传输距离比较大时，由受到很强的色散效应影响，解调后的基带信号的眼图变得不理想，其张开度逐渐变小.【期刊名称】《湖南城市学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】4页(P57-60)【关键词】太赫兹波;四波混频效应;色散效应;眼图【作者】邓杨保;邓曙光;熊翠秀;张光富【作者单位】湖南城市学院通信与电子工程学院，湖南益阳 413000;湖南城市学院通信与电子工程学院，湖南益阳 413000;湖南城市学院通信与电子工程学院，湖南益阳 413000;湖南城市学院通信与电子工程学院，湖南益阳 413000【正文语种】中文【中图分类】O437太赫兹波通常是指频率在0.1-10 THz，波长在0.3-3 mm范围内的电磁波，也称之为“T射线”，如图1所示．太赫兹波介于毫米波与红外光波之间的电磁辐射区域，在20世纪90年代以前，由于缺乏有效的THz 产生和监测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，从而使得该波段称为电磁波谱中的THz 空隙．与传统的电磁波和光波相比，太赫兹波具有通信传输容量大、方向性好、抗干扰能力强和穿透沙尘烟雾能力强等优点[1-3]．由于太赫兹波具有以上良好的特性而广泛用于物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、高速短距离无线通信、宽带移动通信、尤其是在卫星通讯和军用雷达等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景．THz电磁波是很好的宽带信息载体，与微波相比，THz波具有更宽的带宽和更多的信道数，因此特别适合作卫星间、星地间以及局域网(例如车域自组网)的宽带移动通信和高速短距离无线通信．图1 太赫兹波在电磁谱中的位置由于太赫兹波的用途非常广泛，因此产生出很高功率的太赫兹源是首要问题．太赫兹介于毫米波与红外光波之间的电磁波，产生太赫兹波的方法有3种：电子学方法、光子学方法和光-电相结合的方法．在电子学方法中，回旋管、自由电子激光器、反波管谐振腔、光泵浦气体激光器和太赫兹半导体激光器都能产生位于太赫兹频段的较高功率信号[4-6]．在光子学方法中，超快光电子技术、光学差频和光参量过程都能产生太赫兹电磁波[7-8]．在光-电相结合的方法中，常用的是基于光外部调制器来产生太赫兹波和亚太赫兹波，例如双边带调制、单边带调制、载波抑制调制和相位调制等[9-11]．2004年日本NTT公司采用外部调制产生120 GHz太赫兹波，并搭建了太赫兹无线通信系统，该系统可以实现远距离(＞1 km)同时传输 6路未压缩的高清晰度电视节目信号[1]．最近，郑之伟等人利用外调制器的方法产生了平均功率超过1 mW的0.1 THz波，并详细研究了太赫兹波在石墨烯中的饱和吸收特性[12-13]．随着新技术、器件的产生与发展，光生太赫兹波技术将会成为开发高性能太赫兹波的有效技术手段．在本文中，我们利用四波混频效应数值模拟了在半导体光放大器中产生 0.12 THz 的太赫兹波，并研究了以0.12 THz太赫兹波为载波，然后搭载1个10 Gbit/s基带信号在光纤中传输特性．1 四波混频效应的基本理论四波混频效应是指一个或几个光波的光子被湮灭，同时产生了几个不同频率的新光子，并且在这个过程中能量是保持不变的以及动量是守恒的．四波混频是多个光波在介质(例如光纤)中相互作用所引起的非线性效应，是介质的三阶电极化率）引起的．当光波在光纤中传输时，光纤中感应非线性极化率表示为由式(2)可知，右边第一项表示自相位调制，第二项表示交叉相位调制，其余的项则对应于四波混频．四波混频项中有多少项在参量耦合中起作用，取决于E4和P4之间的相对相位，即 +和-．只有当相对相位为零时，才会发生显著的四波混频过程，这就需要频率和波矢之间的匹配，即相位匹配条件．在式(2)中有2种四波混频过程，第一种是含有+的项对应3个光子合成一个光子，根据能量守恒原则可知新产生的光子频率为同时根据动量守恒原则可知，波矢必须满足以下相位匹配条件2 数值模拟及结果分析与普通的单模光纤相比，半导体光放大器(Semiconductor optical amplifier，SOA)具有较高的非线性系数，并且它的光波导色散比较小，因此为实现四波混频提供了极为有利的条件．另外，半导体光放大器在很宽的波长变换范围内实现较高的增益，并且各种弛豫时间都很短，这些都非常有利于实现大范围的波长变换．我们利用马赫曾德尔调制器(Mach-Zehnder modulator，MZM)对激光器输出的光波进行调制，通过滤波以后得到2个波长的光波，然后将这2个光波作为泵浦光输出到SOA中进行四波混频，即可以得到太赫兹频段的电磁波，基本结构示意图如图2所示．图2就是本文利用四波混频效应数值模拟产生太赫兹波的基本结构示意图，其中DFB-LD表示分布反馈式激光二极管，MZM 表示马赫曾德尔调制器，BPF表示带通滤波器，SOA为半导体光放大器，D为探测器．图2中，激光器(DFB-LD)发出中心频率为193.1 THz，相位为0度的连续光波信号，然后由30 GHz的正弦信号(图2中的a所示)驱动的马赫曾德尔调制器对激光器发出的连续光波信号进行双边带调制，并同时进行载波抑制．在数值模拟过程中，我们对MZM进行的参数设置如为插入损耗1 dB，消光比80 dB．对调制后的光波信号进行滤波即可得到两个不同波长的光波，如图2中的b所示．然后将这两个光波作为泵浦光输入到SOA中进行四波混频，即可得到许多不同波长的光波，如图2中的c所示．接着，利用中心频率为193.13 GHz，带宽为120 GHz的带通滤波器对SOA输出的信号进行滤波，即可得到频率差为0.12 THz的电磁波(图2中的d所示)．最后，用太赫兹天线对该电磁波进行发送，即可产生0.12 THz太赫兹波，模拟结果如图3所示．图2 产生太赫兹波的示意图图3 太赫兹天线对该电磁波进行发送的模拟结果图接下来，我们将已经生成的0.12 THz光波作为1个载波，然后搭载1个10 Gbit/s的单极性NRZ码基带信号，再经过不同长度的光纤(该光纤的色散参量D 为16.7 ps/(nm·km)进行传输，最后在输出端观察解调后的基带信号的眼图变化情况，如图4所示．图4 经过不同长度光纤传输后所得到的解调后基带信号的眼图图4表示太赫兹波搭载的基带信号经过不同长度光纤传输后，再经过解调后所得到的基带信号的眼图．由图4可知，当传输距离比较短的时候，此时的光纤中的色散效应非常弱，解调后所得到的基带信号比较理想(如图 4(a)和(b))，当传输距离逐渐增大时，光纤中的色散效应也就逐渐增强，从而使得眼图的张开度会慢慢地呈现周期性变化，而2个边带信号在传输过程中有1个相位差，又会在mω处发生拍频，并且表现为1个周期性的衰减．当传输距离超过3.1 km时，由于光纤中的色散效应比较大，从而导致眼图开始变得不理想，其张开度慢慢减小，最终导致基带信号在传输过程中产生明显的失真现象．3 结论由于太赫兹波具有其他电磁波所不具备的一些良好特性而广泛用于环境监测、医疗诊断、高速短距离无线通信、宽带移动通信和军用雷达等等．因此，产生高功率太赫兹源是1项非常重要的研究工作．在本文中，我们利用四波混频效应在半导体光放大器中数值模拟了0.12 THz太赫兹波的产生过程，并利用该太赫兹波搭载 1个 10 Gbit/s的基带信号在不同长度的光纤中进行传输，同时我们详细地分析了基带信号的传输特性．研究表明，当光纤中的色散效应比较弱时，我们能够很好的解调出基带信号；当色散效应比较强时，基带信号在传输过程中会发生明显的失真现象．(责任编校：库文珍)【相关文献】[1]Hirata A, Kosugi T, Takahashi H, et al. 120-GHz-band millimeter-wave photonic wireless link for 10-Gb/s data transmission[J]. 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东莞理工学院《光纤通信》optisystem软件仿真实验实验4光纤中的四波混频效应（FWM）一、实验目的1、了解影响四波混频效应的产生的因素2、了解抑制或增强四波混频效应的方法二、实验要求图4-1 G.653(a)及G.655(b)光纤的传输光谱某FWM的实验结果：如图4-1 (a)为4个3dBm的光信号在G.653光纤中传输了25km 后的光谱，其中λ0为1550nm波长，另外三个信号的中心波长分别为1549nm、1547nm、1551.5nm。

由图可见，经过传输后的信号，由于FWM产生了数十个串扰信号，有的叠加在原来信号上，有点落在其他位置上，干扰了原信号及其他位置信号的传输。

图4-1(b) 为初始输入的4个光波信号。

1、请根据上述实验数据，分别采用G.653光纤和G.655光纤作为传输光纤，对比光信号分别经过G.653光纤和G.655光纤后的FWM效应。

2、假设有两个输入光波信号输入到G.653光纤，其中一个输入信号的波长固定在1550nm，另一个波长在1550nm附近（可调）。

改变输入光功率，两个波长的间隔，光纤长度，观察FWM效应，总结哪些因素将影响FWM效应。

图4-2 仿真实验系统搭建三、思考题：1、G.653光纤有什么缺点？为什么要研制G.655光纤？G.655光纤有什么优点？2、如何抑制光纤中的FWM效应？附录：计算并输出G.653或G.655光纤的色散文件clear all;close all;WL=linspace(1450,1630,1801);S0=0.06;WL0=1550;D=S0*(WL-WL0);%G.653%S0=0.0467;WL0=1480;D=S0*(WL-WL0);%G.655figure(1)plot(WL,D,'k');hold on;plot(WL,D*0,'k');hold on;axis([1450,1630,-20,20]);WL=WL';D=D';da=[WL D]save E:\G652.txt-ascii da1:G.653:G.655:2：(1)改变波长间隔：1545：1542：1520：1515：(2)改变光功率：10dbm:5dbm:-10dbm:-20dbm:-50dbm:(3)改变光纤长度：50km:10km:5km:1km:0.2km:。

原子系综中四波混频过程产生强度差压缩光源的实验及其应用研究压缩光源,是量子光学实验研究的基础和重点,由于其噪声低于标准量子极限(或者散粒噪声基准),压缩光源在超微弱信号检测和传输、高信噪比的精密测量中得到广泛的应用。

同时,用压缩光源制备的纠缠态是量子信息科学的重要基础,是量子通信和光学精密测量的基本工具。

压缩光源完成了经典光无法完成的任务,让信息传递更加保密,传输容量更大,信号处理速度也越来越快。

光与原子的相互作用产生的丰富物理现象,如电磁感应透明、拉曼过程、四波混频效应等,让原子成为光信息产生、存储和读取的良好媒介。

我们以热碱金属铷原子(Rb-85)蒸气作为非线性光学介质,利用Rb-85的double-A的能级结构,将强的泵浦光(pump)和弱的探针光(probe)注入该原子系综产生四波混频过程,产生一束新的共轭光(conjugate),探针光和共轭光展现了强的量子关联特性,实验上我们实现了5dB的强度差压缩光源。

压缩带宽以及低频压缩也是压缩光源的重要特性,在信息处理当中,涉及到如何探测和传输特定带宽的光信号。

低频压缩光源的产生有利于将压缩光源去测量低频范围的微弱信号,比如引力波的探测。

我们通过该四波混频系统得到了低至1.5kHz的低频压缩。

同时,我们可以通过改变泵浦光强的方法得到不同带宽的强度差压缩,这是一种带宽选取和控制的简单灵活的方法,在低噪声量子通信带宽控制问题上具备潜在的应用。

我们采用两个级联的四波混频过程,首次实验上实现了1986年B.Yurke提出的非线性干涉仪理论。

利用四波混频放大的特点,非线性干涉仪的干涉强度远高于线性干涉仪的干涉强度,从而能够提高对相位起伏的测量灵敏度。

由于非线性干涉仪利用的是具有量子关联的探针光和闲置光,干涉输出端的噪声在干涉相消时相互抵消,可以接近真空噪声水平,并且四波混频是个参量过程,可以将信号放大,从而得到很高的信噪比。

非线性干涉仪是强度差压缩光源的重要应用之一。

东莞理工学院《光纤通信》optisystem软件仿真实验实验4光纤中的四波混频效应(FWM )一、头验目的1、了解影响四波混频效应的产生的因素2、了解抑制或增强四波混频效应的方法二、实验要求图4-1 G653(a)及G.655(b)光纤的传输光谱某FWM的实验结果：如图4-1 (a)为4个3dBm的光信号在G.653光纤中传输了25km 后的光谱，其中入0为1550nm波长，另外三个信号的中心波长分别为1549nm、1547nm、1551.5nm。

由图可见，经过传输后的信号，由于FWM产生了数十个串扰信号，有的叠加在原来信号上，有点落在其他位置上，干扰了原信号及其他位置信号的传输。

图4-1(b)为初始输入的4个光波信号。

1、请根据上述实验数据，分别采用G.653光纤和G655光纤作为传输光纤，对比光信号分别经过G.653光纤和G.655光纤后的FWM效应。

2、假设有两个输入光波信号输入到G.653光纤，其中一个输入信号的波长固定在1550nm，另一个波长在1550nm附近(可调)。

改变输入光功率，两个波长的间隔，光纤长度，观察FWM效应，总结哪些因素将影响FWM效应。

訥LawFnwwrw = 1550 nmPonHw 團3 id 呂eCWLaw IFfWluencv = 1&43 nmCWLase Z Fr-Muencv =nm PWF= mWCWLaSfi- 3FrMueflcv = 1^1.5 wnP GW =mWpnr|：Os® Fibe*Le<*3th = 5 kmG TDUD webcfty ditwrtkwr = VESThird-ordw diipwcton » YESOptical SpoQtryrn An?}yEar_JLength ■ 5 kmStSuU YfibCiEv dLbWliW * YES 亍恤gr曲drs^s^ = YES披长(1 nmf格)($至P0二翌S彼氏(]nnV格)图4-2 仿真实验系统搭建三、思考题：1、G653光纤有什么缺点？为什么要研制G.655光纤？G.655光纤有什么优点?2、如何抑制光纤中的FWM 效应？附录：计算并输出G.653 或G.655 光纤的色散文件clear all ;close all ;WL=linspace(1450,1630,1801);S0=0.06;WL0=1550;D=S0*(WL-WL0); %G.653%S0=0.0467;WL0=1480;D=S0*(WL-WL0);%G.655figure(1)plot(WL,D, 'k' );hold on ; plot(WL,D*0, 'k' );hold on;axis([1450,1630,-20,20]);WL=WL';D=D';da=[WL D]save E:\G652.txt -ascii daLayout 1 Pmr ametersma1: L^belt Layout 1Simulation Jsignal& Spatial effects Noise Signal tracingwir-inMimr —imiMir-immireiimi ■—NameValueUnits ModeSimulation window Set bit rate: NormalReference bit rateNarmal Bit rale40000000000 B its/sNarmatTime window 3 2e-009NcrmetSample rate25COOOO(K>OOCOHzSequence length 128 Bits NormaiSamples per bit 64 NormalHumber of samples8192^formalAdd Paran... I Remove Pai EditPar^m.CW LaserFn&auency = l&M nmPaw® 工 3 dBm Optical Sp*ctnjm AfL>lyz«fOpbcaJ SfNMtrum Ailsyte r_ICWUMf 1Fiwwn^v = 1543 門仃Pcwef = 3 dBm CW laser 2 FrficnuerK^ = 1M7 fin Fdw«f ■舌呂盼□is 弊阿册 da EI 1PNsrn ErieIJ5«f def Opt»»i FfceJ- 1 OptieaJ Ffe&r U34* d£lmd 阻8itnoe 寓上骨暨比件gib ■■ YES Langth * 25 km人如叼仙=02 dEk'km -SrouD veUcWydwerskxn = YES ThinS-oraer d«sp&f&en = YESDi wnififi fte fi>™ > E 2an^^ Fia-tSH--A FiS tS»^ +M53 Ddl 阳 I HuxNumber 白IT 注“ f^ru ■ 4CWU HT 3FiWLienw = 15&1.5 nm Pawe< 二舌 dBmr&j 『S +EJIBNS waveiengih = YES Length = 2S> km AitcfiuJiEivi > 0.2 dB.km 怎gup vtlfe^V diH<i>ion^ Thrrd-flnfer 中牙 Derfiipn = ¥ DtsaersioH data hw = Fr DfcensKTi he 那a 他=Opttal Specuum Anayisf^G.653:nRx=・pc•■匸Optical Spectrum AnalyzerDbl 亡be* On Objects to open properties. M ME Objects- with Mouse Drago.1.54? 1.S5? 1.56?bUnur-l^nxri'h FmlsampledParafnerteroedl<DOptical Spectrum Analyzer_1Dbl Cbck. On Objects, to open praperties. Move Objects- wrth Mouse Drag1.55?lATauv^^nrn1>lh FmlG.655:B Optical Spectrum Analyzer□bl Click On Objeds to 口“口propcrtM^ Move Objects with Mouse Draywfujgs.■■搖@paldEspissMEss誰口Ngffl3Jem.1.54 ? 1.66?Optical Spectrum Analyze^Dbl Clck On Objeds to open pro perl its IM QVU Obit dis wih Mouse iDrng2:CWLarsef iFi»qu»n 匚 y ■ 154 禺 nm Pflwtf - 3(1)改变波长间隔: 1545:目Optical Spectrum AnalyzerObi Cfck On Objects 1Q 叩un propertes. M-ovc Object® with Mouse Drag电Optical Spectrum Analyzer_1Obl 匚Id On Digels to* open proper1^& Move Objects M&use Drsg1.54? 1.55T 1.56?Wml^ngih (mJ1542 :Optical Spectrum AnalyzerOtriClck 5 ObjBizts 1o ope<i pro periled Move 口 bjects. with Mouse Drag旦Optical Spectrum AnalyzeMOU Click On Objects 1D open propertie-a Move 0 bjecU wth M&u&e DnI 如1 MuXNurnittr 护f inpirt p«rtF - 2CWLucfFreaij&fw = iKO nfin Powvr ■： H dB^nCptiud FiberU&&r defirted ^lerence 椚”谢《科出=YES L«narth = 25 kmA IUHU ALW X D2 d&'km G*WP v^isM^iY 段= YiES Firnlkirde! diaperMDH - YES Or5aer«n ctilU tvi&e = F#W 他D- sKubn Hit ra™ ■ E 201*谟咒姜亘哼空冬上苗叵歧真鱼4■光岂卡曲FWUi£兰GS 刃.txtp 鲁ugtaufj^dgw(E B ZJKIADd吊E - 8-I ffi x J t m Q d■1 54 ?1.55?Wavelength tml1 55 ?1.S?Wavelenoth 4mk™l Optical Spectrum AnalyzerOWiCicH Oo Objects ten open propen卿.⑷叫Objects wth 如站趺Ora j兰Optical Spectrijm Analyzer_1EHbl Cick On Obfecta B open propcrtes. M OVE Objects wfth hlDU>s>e 1520:1515:<DfA1.S3? 1 54? 15S7 1 56?Ulm -1 ― iwliBi. ■Tan』-:_■亠-:-■-:二■_:-■0£>s-耳OB—宅caprwl&od1.51 ? 1 .52? 1.53? 4 £4 ? 1.55 ? 1.58?z□寸・oErs1 49 ? 1.51 7 1 S3? 155? 157?sa o3时*一LIRBI X W JL umv *fParamelerlMd石Ns—og・rEHsJkrnod.49? 1 Si ? 1.S3? J.55 ?WAveleiHflh (m)(2)改变光功率:10dbm:1 56?54?5dbm:1.54? 1.55 7 1.56-10dbm:i .55?s.官BPrEQd1 56"egDS®I9话MdSNN-r¥09・wfflprmdd-20dbm:-50dbm:1.54?1:55?pOJeg-ELU巴Ed2選Ns1.56?(3)改变光纤长度:50km:k mINoise Param eterliedJAll Noise Parametrized S Pouvtr (dBm)甸llNotse Parametrized S ：Powr(diBm)i-90 ・巾 -50・30-10p a rM s M u d匹£ ①且昼.54 ? 1 .55? 1.560.2km: 1.54?1.55 ?1 .SB?ULhM-ukl^uuvHi divn'l莎至一一站毎UJsEd 需一ons1.54 ?1.55 ?1 .56MrflA-lAlAJWTttl dml。

实验4 多路信号混频实验一．实验目的1．掌握A/D转换的基本过程和程序处理过程；2．学习通过对采样值进行计算产生混频波形。

二．实验设备1．PC 兼容机一台；操作系统为Windows XP。

2．ICETEK-VC5509-A-USB-EDU 实验箱一台。

3．USB连接电缆一条。

4．音频数据线两条。

三．实验原理1．A/D原理及工作过程：参见实验2相关内容。

2．混频波形产生：本实验将接收到的两路A/D采集信号进行相加，并对结果的幅度进行限制，从而产生混合后的输出波形。

实验中采用了同相位混频方法，也可修改程序完成异相混频法。

3．源程序流程图及注释：本实验程序在主循环中对A/D进行连续采样，每次采样首先设置A/D转换控制寄存器(ADCCTL)，发送转换通道号和启动命令，然后循环等待转换结果，最后将结果保存。

由于需要进行实时混频，所以交替转换通道0和通道 1 (ICETEK-VC5509-A实验箱上ADCIN2和ADCIN3)。

四．实验步骤1．实验准备：准备信号源进行AD输入。

(1) 取出2根实验箱附带的信号线。

（两端均为单声道语音插头）(2) 用一根信号线连接实验箱左侧信号源的波形输出A端口和“A/D输入”模块的“ADCIN2”插座。

这样，信号源波形输出A的输出波形即可送到ICETEK-VC5509-A板的A/D输入通道0。

(3) 用另一根信号线连接实验箱左侧信号源的波形输出B端口和“A/D输入”模块的“ADCIN3”插座。

这样，信号源波形输出B的输出波形即可送到ICETEK-VC5509-A板的A/D输入通道1。

(4) 将波形输出A波形选择调为正弦波，频率调整调至10-100Hz。

将波形输出B波形选择调为正弦波，频率调整调至100-1KHz。

调节幅值调整旋钮，分别将波形输出A和B的幅值调到最大。

2．设置CCS在硬件仿真(Emulator)方式下运行。

（参看实验1的第四部分的第1步）3．初始化并启动CCS软件。

东莞理工学院《光纤通信》optisystem软件仿真实验实验4光纤中的四波混频效应（FWM）一、实验目的1、了解影响四波混频效应的产生的因素2、了解抑制或增强四波混频效应的方法二、实验要求图4-1 G.653(a)及G.655(b)光纤的传输光谱某FWM的实验结果：如图4-1 (a)为4个3dBm的光信号在G.653光纤中传输了25km 后的光谱，其中λ0为1550nm波长，另外三个信号的中心波长分别为1549nm、1547nm、1551.5nm。

由图可见，经过传输后的信号，由于FWM产生了数十个串扰信号，有的叠加在原来信号上，有点落在其他位置上，干扰了原信号及其他位置信号的传输。

图4-1(b) 为初始输入的4个光波信号。

1、请根据上述实验数据，分别采用G.653光纤和G.655光纤作为传输光纤，对比光信号分别经过G.653光纤和G.655光纤后的FWM效应。

2、假设有两个输入光波信号输入到G.653光纤，其中一个输入信号的波长固定在1550nm，另一个波长在1550nm附近（可调）。

改变输入光功率，两个波长的间隔，光纤长度，观察FWM效应，总结哪些因素将影响FWM效应。

图4-2 仿真实验系统搭建三、思考题：1、G.653光纤有什么缺点？为什么要研制G.655光纤？G.655光纤有什么优点？2、如何抑制光纤中的FWM效应？附录：计算并输出G.653或G.655光纤的色散文件clear all;close all;WL=linspace(1450,1630,1801);S0=0.06;WL0=1550;D=S0*(WL-WL0);%G.653%S0=0.0467;WL0=1480;D=S0*(WL-WL0);%G.655figure(1)plot(WL,D,'k');hold on;plot(WL,D*0,'k');hold on;axis([1450,1630,-20,20]);WL=WL';D=D';da=[WL D]save E:\G652.txt-ascii da1:G.653:G.655:2：(1)改变波长间隔：1545：1542：1520：1515：(2)改变光功率：10dbm:5dbm:-10dbm:-20dbm:-50dbm:(3)改变光纤长度：50km:10km:5km:1km:0.2km:。

研究生实验报告实验项目名称四波混频特性实验研究课程名称现代物理实验方法（一）姓名学号专业凝聚态物理年级院、所物理学院年月日研究生实验报告评价标准实验目的：有机非线性材料的出现，人们可以在分子的水平上设计材料的结构来得到在特定波长激光照射下具有较大χ（3）的材料。

采用共振型非线性材料介质就可以在较低的泵浦强度下,获得较强的相位共轭波，甚至可以连续工作。

可调谐激光技术的飞速发展也使共振增强很容易在介质中实现，它通过改变输出激光的功率来调节与材料直接的共振关系，使得三阶效应增强。

设有频率为ω的三个波E1（ω，Z）、E2（ω，Z）、E3（ω，Z），作用于非线性介质。

E1和E2为强度接近相等、传播方向相反的两个强泵浦波，E3为与E1和E2成一角度(小于8度)的探测波。

这三个光波在非线性介质中相互作用结果，能产生一频率仍为ω的波E4，称信号波，它与探测波是相位共轭的。

可以证明，在上述四波作用下，信号波的大小与非线性介质的χ（3）和泵浦波E1和E2的强度有关系。

下面我们讨论入射光波是平面波的情况时的耦合波方程。

简并四波混频（DFWM）的结构示意图如下。

其中的非线性介质是透明、无色散的介质，三阶非线性极化率是χ（3）。

图1．简并四波混频的结构示意图在介质中相互作用的四个平面波为E i=E(r)exp[－i(ωt－κi· r)]+ E(r)exp[i(ωt－κl· r)] l=1,2,3,4Word 资料 的倾角，使从激光器出射的光波在各处等高。

然后仔细调节等高的方法是转动反射镜或分光镜，使各个光束能够完全重合，得到的光束共线。

四、为了调节泵浦光或探测光的强度而不改变另外一束或两束光的强度，用减光板调节需要改变的光束，用光功率计记录光强度。

实验结果：1.信号光强度随泵浦光强度的变化2.信号光强度随探测光强度的变化3.信号光强度随探测角度(大)的变化4.信号光强度随探测角度(小)的变化484950515253546000080000100000120000140000160000180000200000B A B891011121314140000160000180000200000220000240000260000BAB。