不同零色散点光子晶体光纤的超连续谱产生

本文实验研究了飞秒脉冲在不同零色散点光子晶体光纤中传输时产生超连续谱的现象。首先,我们通过非线性薛定谔方程理论计算了激光脉冲分别在正、负色散光子晶体光纤中传输时产生的超连续谱;计算结果表明在正色散光子晶体光纤产生的超连续谱远远大于在负色散中产生的超连续谱。其次,在实验上采用零色散点分别为800 nm、1 060 nm和2 000 nm的光子晶体光纤,将脉宽为130 fs,中心波长800 nm,脉冲重复频率为80 MHz的脉冲输入这些光纤中产生超连续谱并研究其特性,实验结果表明光子晶体光纤的零色散点越小,在其中产生的超连续谱越宽越平坦。同时产生的超连续谱也与激光脉冲的能量和中心波长相关。     

全波段正常色散光子晶体光纤中超连续谱的产生

设计了一种铅硅酸盐SF57 材料的光子晶体光纤, 利用有限元法数值模拟了该光纤的 色散特性. 研究结果显示在整个透明波段光纤具有正常色散. 利用自适应分布傅里叶法求解非线性薛定谔方程, 对中心波长为1550 nm, 初始脉宽为150 fs 的脉冲在该光纤中传输进行了模拟, 获得了关于入射脉冲中心波长对称的展宽范围超过了600 nm 的超平坦连续光谱, 并且光谱具有极其稳定和 相干的特性. 关键词： 光子晶体光纤 超连续谱产生 正常色散     

超短激光脉冲在不同色散参量光子晶体光纤中传输的数值模拟

为了使得数值模拟更为精确,采用广义非线性薛定谔方程(GNSE)描述超短激光脉冲在光子晶体光纤中的传输演化过程,并利用二阶分步傅里叶方法通过求解方程,数值计算了相同脉宽和能量的超短脉冲在不同色散参量的光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生。比较了超短脉冲在光纤不同色散区传输时,高阶色散和非线性效应对超连续谱的产生以及对脉冲波形演化的影响。结果表明,相对于超短脉冲中心波长位于光子晶体光纤的正常和反常色散区,可以相应获得短波波段和长波波段的超连续谱输出,当超短脉冲中心波长位于零色散波长点时,通过色散和非线性效应的联合作用,更易于产生全波长段的平坦超连续谱。     

百飞秒级脉宽的宽带超连续谱光源的产生

实现了一种适合于相干拉曼光谱探测的宽带超连续谱光源的方法,使用1 064nm飞秒激光泵浦全正色散光子晶体光纤,并用光栅对对脉冲进行压缩,最终获得了脉宽178fs,频谱范围处于760～1 300nm的超连续谱光源.对超连续谱脉冲的时间频谱结构进行了分析,未经过压缩的超连续谱的脉冲宽度达到1.43ps,不同频率的成分之间延迟较大,但基本上呈线性平滑分布,因此可以使用光栅对进行色散补偿;此外,提高泵浦光的功率虽然能够增加光谱展宽,但会引入高阶色散,并不利于色散补偿.最后,使用该超连续谱搭建的三色相干反斯托克斯拉曼散射光谱探测系统,测量了苯甲腈溶液的相干反斯托克斯拉曼散射信号光谱,同时获得了3 200cm~(-1)范围内的所有振动模式,验证了该超连续光谱的性能.     

在色散渐减光子晶体光纤中产生超连续谱的实验研究

本文利用非线性偏振锁模激光器产生的重复频率50 MHz, 脉宽为1.8 ps的脉冲分别抽运外径均匀和色散渐减两种高非线性光子晶体光纤, 在三阶非线性效应 (自相位调制、交叉相位调制、四波混频和受激拉曼散效应等) 和色散共同作用下得到扩展至蓝光部分的超连续谱. 模拟了光谱在色散渐减光纤和均匀光纤中的展宽过程, 通过对比均匀光纤发现色散渐减光纤在调控色散, 加强拉曼孤子和色散波的群速度匹配条件, 产生超带宽光谱方面具有很大优势. 实验利用20 m长的色散渐减光纤, 得到了406.1至671.8 nm的可见光波段增强的较为平坦的超连续谱. 关键词： 超连续谱 色散渐减光子晶体光纤 群速度匹配 非线性效应     

高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲的传输特性和超连续谱产生机制的实验研究及模拟分析

用实验和数值模拟两种方法研究了高非线性光子晶体光纤中飞秒激光脉冲的传输特性和超连续谱的产生机理，给出了抽运脉冲在三种不同中心波长情况下输出光谱展宽并形成超连续谱的实际测量及理论模拟结果.研究表明：在零色散波长抽运时，光谱展宽以自相位调制为主，同时三阶色散的影响明显，传输脉冲在时域内出现振荡次峰.而在反常色散区抽运时，光谱展宽的初期以自相位调制为主，随后根据抽运功率的不同孤子自频移、高阶光孤子的裂变和四波混频效应会逐渐增强，进而成为光谱展宽的主要原因.与此相应，在时域中能明显看到孤子的形成和红移，飞秒传输脉 关键词： 光子晶体光纤 高非线性光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续谱     

超短光脉冲在双折射光子晶体光纤中产生超连续谱的偏振特性数值分析

采用矢量耦合非线性薛定谔方程描述了超短光脉冲在双折射光子晶体光纤中的传输过程,并利用分步傅里叶方法求解该方程。数值模拟了中心波长为1550nm的超短光脉冲在不同色散参量的双折射光子晶体光纤中超连续谱的产生及其偏振特性。分析了光纤在不同色散区时,高阶色散和非线性效应对超连续谱及其偏振态的影响。结果表明,当超短光脉冲波长位于近光纤零色散点的反常色散区时,比其在光纤正常色散区和远离光纤零色散点的反常色散区更容易产生宽且平坦的超连续谱,所得到的光谱显示出了复杂的偏振态特性。     

飞秒光脉冲在光子晶体光纤不同色散区产生超连续谱的数值分析

采用预测校正分步傅里叶方法数值模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱产生,分析了初始光脉冲的中心波长、峰值功率和光纤长度在光子晶体光纤正、反常色散区对超连续谱形状和带宽的影响。结果表明,当初始光脉冲的中心波长在光纤的反常色散区时,产生的超连续谱宽要远宽于正常色散区,但是光谱的平坦性较差;当光脉冲中心波长在靠近零色散波长的反常色散区且其他脉冲参数不变的情况下,存在一个产生宽且平坦的超连续谱的最佳峰值功率和最佳光纤长度。对于超连续谱系统的优化设计与实际应用具有参考意义。     

OPA泵浦保偏光子晶体光纤产生超连续谱和非线性特性的研究

采用波长可调光参量放大器作为泵浦源,对保偏光子晶体光纤的超连续谱的产生和非线性特性进行了实验研究.将光参量放大器产生的中心波长为1.27 μm,脉宽约为250 fs,重复频率为250 kHz和单脉冲能量只有92 nJ的光脉冲耦合进0.2 m长的保偏光子晶体光纤,实验中观察到了光谱展宽和非线性效应,在1.3 μm 波长区域获得了谱宽为83 nm (1.2486 ～1.3318 μm)的超连续谱.     

光子晶体光纤超连续谱产生的实验研究

报道了利用掺钛蓝宝石飞秒激光器产生重复频率为80MHz,脉宽为10fs的超短激光脉冲在10cm长光子晶体光纤产生超连续谱的实验,获得展宽范围为450nm到1100nm的连续谱。实验中观察到孤子自频移和高阶孤子分裂现象,非孤子辐射与随后光谱向短波方向的拓展有密切关系。     

输出近百纳焦耳脉冲能量的光子晶体光纤锁模激光器

设计并搭建了一种支持百纳焦耳量级的单脉冲能量输出的锁模光纤激光器.激光器基于σ型腔结构,采用掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤作为增益介质,利用半导体可饱和吸收镜实现自启动锁模.激光器内没有色散补偿机理,使其工作在全正色散锁模状态.通过在谐振腔内引入多通长腔使激光器的重复频率降低至11.1 MHz,直接获得了平均功率为1.08 W,单脉冲能量为 97 nJ,脉冲宽度为4.17 ps的稳定锁模脉冲输出,经腔外色散补偿,脉冲宽度压缩至740 fs.     

Demonstration of soliton self-frequency shift below 1300 nm in higher-order mode, solid silica-based fiber

We demonstrate soliton self-frequency shift of more than 12% of the optical frequency in a higher-order mode solid, silica-based fiber below 1300nm. This new class of fiber shows great promise for supporting Raman-shifted solitons below 1300nm in intermediate energy regimes of 1 to 10nJ that cannot be reached by index-guided photonic crystal fibers or air-core photonic bandgap fibers. By changing the input pulse energy of 200fs pulses from 1.36 to 1.63nJ we observe Raman-shifted solitons between 1064 and 1200nm with up to 57% power conversion efficiency and compressed output pulse widths less than 50fs. Furthermore, due to the dispersion characteristics of the HOM fiber, we observe redshifted Cerenkov radiation in the normal dispersion regime for appropriately energetic input pulses.     

Wavelength tunable,high energy femtosecond laser pulses directly generated from large-mode-area photonic crystal fiber

Wavelength tunable high energy ultrashort laser pulses are generated from a large-mode-area photonic crystal fiber in anomalous dispersion (AD) regime. A simplified laser cavity design with one fine polished facet of the fiber as a cavity mirror is used. The intra-cavity dispersion compensation is achieved by a grating pair, the spatial dispersed light from which also have optical spectrum filtering effects combined with the limited aperture of the fiber core. The laser system is able to generate ultrashort pulses ranging from 494 fs (with 56 nJ pulse energy) to 1.24 ps (with 49 nJ pulse energy) at 55 MHz repetition rate. The filtering mechanism benefits the generation of high energy pulses with narrowing pulse duration in AD regime. An undulation in frequency and time domain is also observed with the increase of the pump power. Furthermore, this laser system is directly used as seed for supercontinuum generation.     

Optimizing input and output chirps up to the third-order for sub-nanojoule,ultra-short pulse compression in small core area PCF

Compression of sub-nanojoule laser pulses using a commercially available photonic crystal fiber (PCF) with zero dispersion wavelength of 860 nm is discussed. A twofold pulse compression starting from 24 fs transform limited seed pulses around 800 nm is experimentally demonstrated as a verification of our simulations. Theory shows that by the optimization of input and output chirp parameters up to the third order, high quality, 5.7 fs pulses can be generated from a cost efficient experimental setup. Further calculations show that 1 ps pulses with central wavelength of 800 nm can be compressed down to 50 fs in the normal dispersion regime of the fiber with proper dispersion compensation. Calculations also show that dispersion flattened fibers can improve both the quality and the duration of compressed pulses. PACS 42.65.Re     

Broadly tunable femtosecond parametric oscillator using a photonic crystal fiber

Pulses as short as 460 fs and a tuning range as wide as 200 nm around 1 microm have been achieved from a photonic-crystal-fiber-based parametric oscillator. The ring cavity with only 65 cm of photonic crystal fiber is synchronously pumped with a tunable passively mode-locked Yb-doped fiber laser. Widely extended tunability is achieved by using the modulation instability gain in normal dispersion as the result of high-order dispersion in the photonic crystal fiber.     

基于混合锁模的耗散孤子掺铒光纤激光器

从一种简单、全光纤结构的混合被动锁模掺铒光纤激光器中,得到了高稳定性、宽光谱的耗散孤子。激光器结合了半导体可饱和吸收体和非线性偏振旋转两种锁模机制,并运行在正常色散区内;通过色散管理,激光器能产生光谱宽度39.1 nm和时域宽度178 fs的孤子脉冲序列。激光输出的中心波长为1.55μm,重复频率约为34.3 MHz,单脉冲能量在0.33 nJ左右。与此同时,激光器的斜效率也约等于15.5%;室温工作下,激光器能实现自启动锁模,且运行在稳定单脉冲输出状态的时长在15 h以上。     

Ultra-short pulse compression at 1065 nm in nonlinear photonic crystal fiber

A pulse compressor has been designed using a 13 mm highly nonlinear photonic crystal fiber to compress pulses centered at 1065 nm from 28 fs to 1.8 fs with a compression factor of 16.2. This compression is achieved by using a high level of energy and generating different orders of solitons without resorting to large values of fiber's dispersion.     

亚百飞秒高功率掺镱大模面积光子晶体光纤飞秒激光放大器的实验研究

实验研究了掺镱双包层保偏大模面积光子晶体光纤飞秒激光放大器. 获得了平均功率达16W的飞秒激光放大输出,在50MHz重复频率下,对应的单脉冲能量达到320nJ. 增益光纤长3.5m,由于自相位调制效应,种子光脉冲光谱在放大过程中同时展宽,从而支持更窄的脉冲宽度. 经过光栅后,脉冲宽度压缩到了85fs. 系统中的振荡器和放大器基于同一种具有偏振结构的大模面积光子晶体光纤,具有很好的环境稳定性和进一步集成的可能. 关键词： 光子晶体光纤 大模场面积光纤 飞秒激光 光纤放大器     

Design and fabrication of hollow-core photonic crystal fibers for high-power ultrashort pulse transportation and pulse compression

We report on the recent design and fabrication of kagome-type hollow-core photonic crystal fibers for the purpose of high-power ultrashort pulse transportation. The fabricated seven-cell three-ring hypocycloid-shaped large core fiber exhibits an up-to-date lowest attenuation (among all kagome fibers) of 40 dB/km over a broadband transmission centered at 1500?nm. We show that the large core size, low attenuation, broadband transmission, single-mode guidance, and low dispersion make it an ideal host for high-power laser beam transportation. By filling the fiber with helium gas, a 74?μJ, 850?fs, and 40?kHz repetition rate ultrashort pulse at 1550?nm has been faithfully delivered at the fiber output with little propagation pulse distortion. Compression of a 105?μJ laser pulse from 850?fs down to 300?fs has been achieved by operating the fiber in ambient air.