飞秒激光脉冲在高非线性光子晶体光纤中产生超连续谱的实验研究

使用钛宝石激光器抽运一根长1m的高非线性光子晶体光纤，获得的超连续谱波长覆盖范围为420—1700nm，输出功率为170mW，转换效率在20%以上；对实验结果给出了详细的分析，并与理论模拟结果相比较，认为超连续谱产生的主要原因是高阶孤子的分裂和四波混频效应.同时研究了不同抽运功率和不同抽运波长下超连续谱产生的情况，发现对同一根光纤，抽运功率由小到大变化时，可将输出的光谱分为初始展宽，剧烈展宽和饱和展宽三个阶段，当输出的光谱处于初始展宽和饱和展宽阶段时，都会存在一定的抽运残留，当输出的光谱处于剧烈展宽时，转     

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     

初始啁啾对飞秒脉冲在光子晶体光纤中超连续谱产生的影响

采用分步傅里叶方法模拟了初始啁啾对光子晶体光纤中超连续谱产生的影响.根据光纤长度，将光子晶体光纤中脉冲的演化分成初始展宽、剧烈展宽和饱和展宽三个阶段.通过讨论啁啾脉冲和无初始啁啾脉冲在各阶段演化的区别，发现啁啾只在初始展宽和剧烈展宽阶段对光谱有影响，当β₂C<0时啁啾有利于光谱的展宽，当β₂C>0时则刚好相反，在饱和展宽阶段啁啾不再对光谱产生影响.要想利用啁啾脉冲来获得较宽的光谱，必须选择合适的光纤长度，使输出的脉冲处于剧烈展宽阶段.这为利用啁啾脉冲在光子晶体光 关键词： 超连续谱 光子晶体光纤 分步傅里叶法 啁啾     

亚纳秒光脉冲抽运光子晶体光纤产生的瓦级超连续谱

研究了亚纳秒脉冲抽运光子晶体光纤产生高功率超连续谱的机理.采用掺镱锁模光纤激光器产生的脉宽570ps光脉冲,抽运1.8m光子晶体光纤,得到了平均功率为1.15W、光谱覆盖范围为750nm的超连续谱.通过实验和模拟结果的对比和分析,证实了亚纳秒脉冲抽运1.8m PCF产生超连续谱时,调制不稳定性效应起了重要作用.在研究了不同抽运功率下输出的超连续谱变化后,发现随着抽运功率的提高,输出功率也更高且超连续谱覆盖波段也更宽,在瓦级输出功率下依然未达到饱和展宽状态,还有进一步提高功率和展宽光谱的空间.     

孤子光脉冲的产生及其应用研究

利用非线性偏振旋转技术实现自起振被动锁模.在掺铒光纤环形腔激光器中产生了中心波长为1563.3 nm、重复频率为12.5 MHz、脉冲宽度为352.0 fs、3 dB光谱宽度为7.8 nm的孤子光脉冲.采用该孤子光脉冲作为抽运光源，经掺铒光纤放大器放大后，输入到101 m长的高非线性光子晶体光纤中，获得了20 dB带宽约为240 nm的超连续激光光谱.实验详细观测了光脉冲随抽运功率的变化及超连续激光光谱的形成过程，分析了其形成机理.研究表明：当抽运功率较低时，光谱加宽主要由高阶孤子的分裂引起；随着抽运功率的增加，高阶孤子分裂成基本孤子的数目逐渐增大，光谱进一步加宽；当抽运功率增加到受激拉曼散射的阈值时，受激拉曼散射成为光谱展宽的主要原因；抽运功率进一步增加时，受激拉曼散射、参量四波混频等非线性的共同作用将使光谱进一步加宽且变得光滑. 关键词： 孤子光纤激光器 超连续 光子晶体光纤     

高非线性光子晶体光纤深紫外超连续谱的研究

光子晶体光纤作为光学非线性良好介质,对超连续谱产生具有重要作用。深紫外超连续谱光源在许多应用中有急切的需求,然而由于实验条件和光纤参数等方面的影响,利用高非线性光子晶体光纤产生深紫外(<280 nm)超连续谱的报道较少。通过理论和实验研究了高非线性光子晶体光纤在深紫外区的频率变换,并分析其产生的物理机理。使用钛宝石飞秒激光器将实验室自制的光子晶体光纤在反常色散区泵浦,研究了不同泵浦功率和泵浦波长对深紫外区超连续谱的影响,结果表明：泵浦波长固定为860 nm时,深紫外频率光谱展宽范围随泵浦功率的增加而逐渐展宽;泵浦功率固定为0.4 W时,泵浦波长的增加不仅展宽超连续谱范围而且极大的提高了深紫外区光谱的转换效率。当泵浦波长为870 nm,泵浦功率为0.4 W,实验所用光子晶体光纤长度为1.45 m,零色散波长为825 nm时,光子与色散波的交叉相位调制使深紫外基模超连续谱扩展到最短波长212 nm。     

飞秒脉冲抽运掺镱微结构光纤产生超连续谱的实验研究

本文利用钛蓝宝石飞秒激光器抽运自制的掺镱微结构光纤,对微结构光纤中的非线性效应及超连续谱产生机理进行了实验研究.研究发现,当抽运光偏离Yb~(3+)吸收最高峰85 nm时,仍具有较高的发光效率.在飞秒脉冲抽运下,位于反常色散区的发射光首先被位于正常色散区的抽运光激发、放大并俘获,然后演化为超短脉冲,随后在微结构光纤中产生非线性效应.微结构光纤1发射光位于零色散波长附近,产生基阶孤子并在拉曼作用下红移,微结构光纤2发射光位于距离零色散波长较远的反常色散区,产生高阶孤子分裂效应形成超连续谱,但是1380 nm处的OH-吸收限制了超连续谱的进一步展宽.忽略抽运光耦合效率、微结构光纤损耗等因素的影响,输出光谱中超连续谱的产生效率最高可以达到98%以上,意味着几乎所有的残余抽运光和发射光均展宽为超连续谱.在0.50 m长的微结构光纤中,获得了较高的波长转换效率和较宽的超连续谱.通过拉锥处理,零色散波长发生蓝移,最终产生的超连续谱相在短波处范围展宽,而在长波处范围缩短.因此利用钛蓝宝石飞秒激光器抽运Yb~(3+)掺杂微结构光纤,可以获得可调谐的超连续谱.     

光子晶体光纤产生飞秒超连续谱的实验研究

研究了飞秒脉冲经过光子晶体光纤时超连续谱产生的物理机制。采用输出波长可调谐的钛宝石光参量放大器作为泵浦源,光纤光谱仪测量不同泵浦功率和不同泵浦波长条件下光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱图,对进行了归一化处理后的不同泵浦功率和不同泵浦波长条件下的超连续谱进行对比,分析影响光子晶体光纤超连续谱差异的物理机制。实验结果表明,当泵浦波长不变时,随着入射泵浦脉冲平均功率的增大,波峰增多,谱宽也逐渐加宽并伴随着出现能量向短波方向集中的现象,泵浦功率到达一定强度时,超连续谱的宽度最后到达饱和,谱的包络趋于稳定;入射光功率稳定在300 mW时,超连续谱的宽度和形状皆受到泵浦波长影响,在760～840 nm范围内,泵浦波长越长,波峰数越多,泵浦脉冲波长离零色散点越近,光子晶体光纤产生的超连续谱谱宽会越宽,超连续谱的形状相对越平坦。     

双零色散光子晶体光纤中超连续谱的产生及控制

通过数值模拟飞秒脉冲在具有双零色散波长的光子晶体光纤中的传输过程,详细分析了超连续谱的产生和控制机制.结果表明:中心波长处于反常色散区的泵浦脉冲在高阶非线性和高阶色散等作用的调制下,将演化为基孤子和正常色散区的两个色散波;该色散波进而经与之相位匹配的基孤子相干加强而使频谱展宽形成超连续谱,同时两个色散波上出现了干涉引起的振荡现象.进一步对比三种结构的光子晶体光纤中超连续谱的特点,定量分析了两色散波对超连续谱的限制作用,阐述了结构参量对超连续谱的影响.基于上述结论,结合对色散波的中心波长与光子晶体光纤的色散曲线、结构参量之间关系的分析,提出了设计光子晶体光纤的结构来控制超连续谱的方法.作为例证,通过优化光子晶体光纤结构理论上实现了频谱分量覆盖可见光区的平坦超连续谱.     

双零色散光子晶体光纤中超连续谱的产生及控制

 通过数值模拟飞秒脉冲在具有双零色散波长的光子晶体光纤中的传输过程,详细分析了超连续谱的产生和控制机制.结果表明：中心波长处于反常色散区的泵浦脉冲在高阶非线性和高阶色散等作用的调制下,将演化为基孤子和正常色散区的两个色散波|该色散波进而经与之相位匹配的基孤子相干加强而使频谱展宽形成超连续谱,同时两个色散波上出现了干涉引起的振荡现象.进一步对比三种结构的光子晶体光纤中超连续谱的特点,定量分析了两色散波对超连续谱的限制作用,阐述了结构参量对超连续谱的影响.基于上述结论,结合对色散波的中心波长与光子晶体光纤的色散曲线、结构参量之间关系的分析,提出了设计光子晶体光纤的结构来控制超连续谱的方法.作为例证,通过优化光子晶体光纤结构理论上实现了频谱分量覆盖可见光区的平坦超连续谱.     

中红外超连续谱在氟化物光纤中的产生

为获得高功率全光纤中红外超连续谱,采用自制的掺Er锁模光纤激光器作为种子源,激光经过两级放大至1.67W,泵浦氟化物光纤,获得光谱覆盖1000~2400nm的超连续光谱;光谱宽度随着泵浦功率的增加而展宽,当输出功率达到1.21W时,转换效率为72%,并且产生的超连续谱被强烈的调制,在多个波长点处谱功率密度调制到0mW/nm,但调制波长与泵浦功率无关。     

Optimization of supercontinuum generation in photonic crystal fibers for pulse compression

A theoretical study of super generation in photonic crystal fiber and its application to pulse compression is presented. The evolution of the spectrum can be divided into three stages: initial broadening below a certain threshold propagation distance, dramatic broadening to a supercontinuum at a threshold distance, and, finally, saturation of the spectral width on propagation. It is found that the group delay and group-delay dispersion of the supercontinum are sensitive to the input pulse peak power after further propagation at the third stage. Fluctuations from the input pulse are amplified and translated into fluctuations and time shift of the compressed pulses. There exists an optimum compressed distance at which compressed pulses with negligible fluctuation and time shift can be obtained.     

Experimental investigation of supercontinuum generation in highly nonlinear dispersion-shifted fiber pumped by spectrum-sliced amplified spontaneous emission

Spectral broadening of spectrum-sliced amplified spontaneous emission (SS-ASE) in highly nonlinear, dispersion-shifted fiber in different dispersion regimes is investigated experimentally. We find that, the spectral noise of the amplified SS-ASE pump from Er³⁺-doped fiber amplifier seeds the spectral broadening via four-wave mixing or modulation instability. Stimulated Raman scattering, red-shifted Raman solitons, and blue-shifted dispersion waves all enhance the broadening of the spectrum. The effect of the polarization state of pump on supercontinuum generation is also investigated, and it is found that, linear polarization is more efficient than random polarization for pumping supercontinuum. Supercontinuum with −10 dB bandwidth of 200 nm is generated by launching linearly polarized pump with 33.5 dB m power into anomalous dispersion regime near to zero dispersion wavelength of fiber.     

Generation of a compact high-power high-efficiency normal-dispersion pumping supercontinuum in silica photonic crystal fiber pumped with a 1064-nm picosecond pulse

Broadband normal dispersion pumping supercontinuum （SC） generation in silica photonic crystal fiber （PCF） is investigated in this paper. A 1064-nm picosecond fiber laser is used to pump silica PCF for the SC generation. The length of PCF is optimized for the most efficient stimulated Raman scattering process in the picosecond pump pulse region. The first stimulated Raman Stokes peak is located in the anomalous dispersion regime of the PCF and near the zero dispersion wavelength; thus the SC generation process can benefit from both a normal dispersion pumping scheme and an anomalous dispersion pumping scheme. The 51.7-W SC spanning from about 700 nm to beyond 1700 nm is generated with an all-fiber configuration, and the pump-to-SC conversion efficiency is up to 90%. In order to avoid the output fiber end face damage and increase the stability of the system, an improved output solution for the high power SC is proposed in our experiment. This high-efficiency near-infrared SC source is very suitable for applications in which average output power and spectral power density are firstly desirable.     

高非线性光纤正常色散区产生超连续谱的数值研究

基于广义非线性薛定谔方程,通过数值计算对高非线性光纤正常色散区产生超连续谱进行了研究.结果表明,抽运脉冲的峰值功率、脉冲宽度以及脉冲初始啁啾对该光纤正常色散区超连续谱的形成有极其重要的影响;在高非线性光纤正常色散区产生超连续谱的过程中,三、四阶群速度色散甚至更高阶群速度色散对超连续谱的影响完全可以忽略,但与其他高非线性效应相比,自陡峭效应对超连续谱产生的影响更为明显.高功率超短光脉冲在高非线性光纤正常色散区,得到了没有泵浦成份残余、－20 dB谱宽达400 nm以上而频谱强度起伏小于10 dB的超宽而平坦超连续谱.     

全光纤高效超连续谱光源实验研究

 报道了一个全光纤的高效率超连续谱产生系统,系统采用增加一段匹配光纤的办法解决增益光纤和光子晶体光纤直接熔接损耗较大的问题,并且对匹配光纤和光子晶体光纤熔接对准过程进行实时监控,使熔接损耗降到最低,从而实现了较高的全系统转换效率(76%)和较好的光束质量。实验研究了超连续光谱展宽的过程,结果显示：超连续谱展宽的初始阶段,拉曼效应和自相位调制效应起主要作用,光谱呈现长波方向展宽较多的非对称性,并出现明显的拉曼斯托克斯峰;光谱继续展宽时,满足相位匹配条件的四波混频开始起作用,拉曼效应产生的加宽光谱成分作为四波混频参量过程的泵浦,使光谱开始向长波和短波两个方向扩展。     

20 W all fiber supercontinuum generation from picosecond MOPA pumped photonic crystal fiber

An all fiber high power supercontinuum (SC) source is demonstrated by pumping a section of photonic crystal fiber (PCF) with a picosecond MOPA laser. The core of the PCF is enlarged at the input end through a serious of PCF post processing method to match the output fiber of the picosecond laser, to ensure low loss splicing, hence high power operation of the whole system. The supercontinuum output spectrum covers the wavelength range from 650 nm to beyond 1700 nm. Limited by available pump power, 20 W super-continuum output power is obtained under 29.5 W picosecond pump power, giving a high optical to optical conversion efficiency of 67.8%.     

Spectral broadening of femtosecond pulses in an nonlinear optical fiber amplifier

A promising method for the generation of a supercontinuum with a high spectral power density based on the spectral broadening of ultrashort pulses in a fiber amplifier is considered. The advantage of the method, as compared to the conventional way of the supercontinuum generation in a microstructure fiber, is a lower pulse spectral broadening rate, which allows one to achieve higher SC spectral power densities. The initial stage of the supercontinuum generation in an ytterbium fiber amplifier (a fiber core diameter of 7 μm) with side pumping from an array of laser diodes with a total power of 8 W at a wavelength of 976 nm is experimentally studied. Yb:KYW laser pulses with a duration of 250 fs, a central wavelength of 1046 nm, and an average power of 150 mW have been supplied to the input of the amplifier. In this case spectrally broadened radiation with an average spectral power density of higher than 65 mW/nm and a spectrum width of 50 nm has been obtained.