中红外7×1硫化物光纤合束器的设计与制备

硫化物光纤合束器可以实现对多个中红外光源(2～5μm)的功率组合和光谱扩展,基于自研As₂S₃多模光纤,使用低温熔融拉锥技术制备得到7×1中红外光纤合束器,分析了拉锥区域的损耗产生机理,并表征和评估了合束器的传输效率和光束质量。实现了输入光纤合束端与输出光纤的高质量熔接(熔接点损耗低至0.45 dB,抗拉张力超过300 g),合束器平均传输效率约为80%,单通道最高输出功率为4.32 W,表现出了优良的传输特性和功率承载能力。     

70 W全光纤超连续谱光源

 超连续谱光源在很多领域具有广泛而重要的应用,过去40多年一直是国际研究热点之一。但一方面由于普通双包层光纤与光子晶体光纤模场不匹配会导致较高的熔接损耗和耦合损耗;另一方面受高质量超快光纤脉冲激光器输出平均功率的限制,目前超连续谱光源的最高输出平均功率只有50 W。报道了一种全光纤结构的超连续谱光源,输出平均功率为 70 W。由于整个装置采用一种新的超连续谱形成机制,较好解决了普通双包层光纤与光子晶体光纤由于模场不匹配导致的较高熔接损耗和耦合损耗;降低了对脉冲泵浦源光谱质量的要求。     

激光泵浦碲化物产生中红外超连续谱数值模拟

对2 m波段脉冲激光泵浦碲化物光子晶体光纤产生中红外超连续谱进行了数值研究。通过材料的拉曼增益谱间接求得了对应的拉曼响应函数;由光子晶体光纤的材料折射率和波导结构,通过COMSOL软件获得了碲化物光子晶体光纤中基模等效折射率,计算了相应的色散曲线和限制损耗 ;利用自适应的分步傅里叶算法,模拟了中心波长为1.96m、峰值功率为20 kW的50 fs脉冲光泵浦碲化物光子晶体光纤时超连续谱的产生,当光纤长度为6 cm时,产生的中红外超连续谱波长范围为1.0~4.5 m。     

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。     

基于光子晶体光纤的百瓦量级超连续谱光源研究

采用脉冲重复频率可调的高功率皮秒脉冲光纤激 光抽运光子晶体光纤产生了平均输出功率为101 W的全 光纤化超连续谱. 通过一系列的对比实验, 详细研究了抽运激光的脉冲重复频率以及光子晶体光纤的长度对超连续谱产生的影响. 最后, 对如何实现更高平均功率的超连续谱输出进行相关的分析和讨论. 相关研究结果可以为进一步发展基于光子晶体光纤的高功率超连续谱光源提供一定的参考. 关键词： 光子晶体光纤 非线性光纤光学 超连续谱产生     

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。     

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

采用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非线性传输和超连续谱的产生. 计算和分析了高阶色散和非线性效应对超连续谱形状和带宽的影响. 结果表明在光子晶体光纤中产生了孤子自频移现象. 同时也发现脉冲内拉曼散射和自相位调制的联合作用导致了超连续谱中精细结构的出现. 另外，还发现高阶色散和初始光脉冲的峰值功率对超连续谱的带宽和平滑也有直接影响. 关键词： 光子晶体光纤 孤子自频移 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.     

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.     

基于空气孔填充的光子晶体光纤与普通单模光纤低损耗耦合研究EI北大核心CSCD

提出一种基于空气孔填充的光子晶体光纤与普通单模光纤低损耗耦合方法,并通过光束传播法数值仿真的方式研究了填充物折射率以及填充长度等参数对耦合损耗的影响。结果表明,选择合适的填充参数可以大幅度降低光子晶体光纤与普通单模光纤间的耦合损耗,从而实现光子晶体光纤与普通单模光纤间的低损耗耦合。该方法可适用于多种光子晶体光纤与普通单模光纤之间的低损耗耦合,在光子晶体光纤与普通单模光纤的模场严重失配的情况下,该方法的优势更为明显。     

Visible supercontinuum generation in tapered photonic crystal fiber pumped by picosecond pulse at 1064 nm

Short photonic crystal fibers (PCFs) with different tapered waist diameter are made to extend the continuum spectrum in the visible range. The diversification of output continuum spectrum with the diameter of the tapered waist is experimentally observed. An all fiber visible supercontinuum source with 1.88 W output is demonstrated in our experiments. To the best of our knowledge, it is the highest all fiber visible supercontinuum generation in tapered PCF, pumping by picosecond pulse at 1064 nm. The suitably designed short tapered PCF can extend the visible spectrum, while, how to preserve the tapered waist is crucial for the all fiber visible supercontinuum source in the practical applications.     

Infrared supercontinuum from a large mode area PCF under extreme picosecond excitation

Evolution of the long-wavelength edge of supercontinuum (SC) in a large mode-area photonic crystal fiber (LMA PCF) under extreme (close to the fiber damage threshold) picosecond excitation is analyzed for the first time to our knowledge. The obtained results are interpreted on the basis of the numerical simulations explaining both spectral and temporal characteristics of SC in dependence on the pulse power and the fiber length. An existence of the minimum LMA PCF length providing the broadest spectrum under the highest picosecond excitations is predicted. The multimode cross-modulation inside the LMA PCF is analyzed, as well.      

新型缓变锥型PCF结构接口耦合损耗特性

提出一种新型的缓变锥型光纤接口器件。该接口器件是一个长度为150mm左右的缓变锥型光子晶体光纤。利用有限元方法对模场直径差别较大的不同光纤进行拼接时的损耗问题进行研究。研究结果表明:在模场直径分别为9μm和10.4μm的光纤之间加入锥型光纤后可以有效降低耦合损耗,并且在不同波长下耦合损耗都维持在一个较低水平。因此,该接口器件能够实现光纤拼接时物理结构的过渡和不同模场直径的转换,从而使拼接损耗降到最低。     

Wideband supercontinuum generation in tapered tellurite microstructured fibers

Enhanced soliton trapping of dispersive waves in a tapered tellurite microstructured fiber pumped by a 1556 nm femtosecond fiber laser is demonstrated. The short wavelength edge of supercontinuum light is extended from 960 to 600 nm after tapering the tellurite microstructured fiber, which is caused by the enhanced soliton trapping of dispersive waves owing to the changing group velocities in tapered fibers. Wide-band supercontinuum light source spanning from 600 to >2400 nm is generated in tapered tellurite micro-structured fibers. Our experimental and simulated results show that short length (several centimeters) zero-dispersion-wave length decreasing highly nonlinear fiber has a potential for generating wideband supercontinuum light source expanding from visible to mid-infrared region.     

Optical Coherence Tomography Implemented by Photonic Crystal Fiber

We report a photonic crystal fiber (PCF)-based optical coherence tomography (OCT) system, in which conventional single-mode fiber for the transmission line and the fiber coupler for the beam splitter/combiner are replaced with PCF and PCF coupler. The PCF coupler fabricated using the fused biconical tapered (FBT) method showed a nearly flat coupling ratio over a broad spectral bandwidth of 400 nm, which provided an axial resolution of 3-μm for OCT imaging. With a white-light source, the 8-μm thick air gap between two stacked cover glasses was measured, and with a conventional superluminecent diode (SLD) source, the in vitro images of rat eye and Misgurnus mizolepis skin were successfully obtained. The PCF and PCF coupler might enable a white-light as the source for the cost effective and high-resolution OCT system.     

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。     

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%.     

光子晶体光纤的研究新进展

介绍了国内外光子晶体光纤(PCF)研究的新进展,涉及到大负色散PCF研究、光子带隙型PCF的带隙与模式研究、利用PCF的波长可调节有效频率变换、基于PCF的可见光波段平坦超连续谱(SC)和高效宽带切伦科夫辐射(CR)的产生等,并介绍了近期在PCF相关理论和实验方面研究进展,包括PCF的数值分析新方法,极大负色散的PCF...     

Multiwatt octave-spanning supercontinuum generation in multicore photonic-crystal fiber

High-power supercontinuum spanning over more than an octave was generated using a high power femtosecond fiber laser amplifier and a multicore nonlinear photonic crystal fiber (PCF). Long multicore PCFs (as long as 20 m in our experiments) are shown to enable supercontinuum generation in an isolated fundamental supermode, with the manifold of other PCF modes suppressed due to the strong evanescent fields coupling between the cores, providing a robust 5.4 W coherent supercontinuum output with a high spatial and spectral quality within the range of wavelengths from 500 to 1700 nm.