纤维光学 光纤及其传输理论

TN25 2005042812 光子晶体光纤中频率啁啾对超连续谱的影响=Influence of frequency chirp on supercontinuum in photonic crystal fibers[刊,中]／韩文(湖南大学计算机与通信学院通信与电子工程系,湖南,长沙(410082)),吴锦花…／／光电子·激光,-2004,15(12)．-1452-1455 基于光子晶体光纤(PCF)中脉冲演变遵循的非线性演化方程,用数值方法研究了反常色散情形下PCF中脉冲初始啁啾对超连续谱产生的影响,探讨了利用脉冲啁啾控制超连续谱产生的方法。结果表明,正、负啁啾均使谱展宽的速率变小,尤其是负啁啾情形,展宽速率更小,说明啁     

基于全正色散光子晶体光纤的超连续谱光源

利用预估校正分步傅里叶法数值求解非线性薛定谔方程, 模拟超短激光脉冲在全正色散光子晶体光纤中传输时的演化情况, 分析了不同脉宽和能量的脉冲对产生的超连续谱的影响. 结果表明: 无啁啾高斯脉冲在此全正色散光子晶体光纤中传输时, 始终保持单个脉冲特性, 提高脉冲峰值功率可进一步展宽获得的超连续谱.模拟结果同时表明, 利用中心波长为1060 nm, 脉宽和能量分别为50 fs, 15 nJ的脉冲抽运此光纤, 当传输12 cm 后便可获得具有较好的光谱连续性和光谱平坦度的超连续谱. 进一步模拟结果表明, 采用棱镜对对其进行脉冲压缩, 可获得脉宽约15 fs, 谱宽约700 nm的理想超连续谱光源. 关键词： 超连续谱 光子晶体光纤 全正色散     

初始啁啾对双曲正割光脉冲线性传输特性的影响

采用分步傅里叶方法数值研究了初始线性啁啾和非线性啁啾双曲正割光脉冲在单模光纤反常色散区的线性传输特性，并与啁啾高斯脉冲的线性传输特性作了比较.给出了双曲正割光脉冲频谱宽度和时间带宽积随初始线性啁啾变化的表达式.结果表明，双曲正割脉冲在线性啁啾|C|>0.1时随传输距离的增加逐渐演化成近高斯型，在0≤|C|≤0.1时最后将演化为近双曲正割脉冲.|C|越小，脉冲时域波形越趋近双曲正割曲线.负啁啾对脉冲时域展宽的影响比正啁啾要大得多.当|C|≥0.5时，初始啁啾对双曲正割光脉冲展宽的影响比对高斯脉冲的影响更大.非线性啁啾双曲正割光脉冲在线性传输过程中会出现时域波形分裂现象，比具有相同啁啾的高斯脉冲时域波形分裂严重. 关键词： 频率啁啾 双曲正割光脉冲 线性传输 时域波形分裂     

亚皮秒啁啾孤子在凸形色散与线性色散平坦光纤中的传输特性比较

提出采用凸形色散平坦光纤(DFF-CVDP)传输亚皮秒啁啾孤子,利用分步傅里叶方法数值研究了亚皮秒啁啾孤子在DFF-CVDP中的传输特性,并与在线性色散平坦光纤(DFF-LDP)中的传输特性做了比较。结果表明,孤子脉冲在上述两种光纤中传输时,光纤损耗导致了孤子脉冲宽度随传输距离增加稍有展宽,脉冲方均根谱宽随传输距离增加逐渐减小。在DFF-LDP中,脉冲展宽更快,正啁啾对脉冲展宽的影响比负啁啾的影响更大,正啁啾对应的方均根光谱比其他情况下的宽得多。啁啾脉冲时域宽度随传输距离增加出现了衰减振荡,振荡周期和振幅随啁啾参量|C|的增加而增大。光孤子脉冲在两种光纤中传输时域波形保持不变,仍具有孤子特性。在DFF-LDP中,3β使得脉冲光谱红移从而诱导了脉冲时延,负啁啾减弱了3β的作用,正啁啾加强了β3的影响。在DFF-CVDP中传输可以忽略3β的影响。     

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 关键词： 光子晶体光纤 超连续谱 高阶孤子 反常色散区     

飞秒脉冲初始脉宽和啁啾对其自相似演化及压缩的影响

采用自相似抛物脉冲放大器对飞秒脉冲直接进行放大,并以低非线性系数的光子带隙光纤作为脉冲压缩器对放大的脉冲进行压缩.通过分步傅里叶方法研究了飞秒脉冲的初始宽度和啁啾对其自相似演化和压缩的影响.研究结果表明脉冲宽度越宽,脉冲自相似演化程度越差,演化脉冲的压缩质量也越差,压缩脉冲宽度较大,且有基座;脉冲的初始啁啾会严重阻碍其自相似演化,并最终影响脉冲的压缩质量;啁啾越大,脉冲的自相似演化结果越差,脉冲的压缩质量也越差;正的啁啾对脉冲的自相似演化的影响比负啁啾的要大.     

光子晶体光纤中高阶非线性效应所致啁啾的研究

利用广义非线性薛定谔方程，分别数值计算了光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)中的受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering，SRS)所致啁啾、自陡(Self-steepening，SS)所致啁啾及综合各种效应所得的总啁啾.计算结果表明：SRS啁啾的中心漂移而且正、负啁啾不对称；SS啁啾主要集中在脉冲的后沿；各种非线性总啁啾增大.由此得出，SRS引起频谱的红移与不对称，而SS则对频谱的不对称展宽贡献最大，各种非线性总的作用结果将产生不对称的红移的超 关键词： 啁啾 超连续谱 受激拉曼散射 自陡     

光子晶体光纤中飞秒激光脉冲传输研究

为更精细地描绘飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的传输和演化,用分步傅里叶方法求解广义非线性薛定谔方程(GNSE)的基础上,研究了光纤参量随脉冲峰值频移的变化.模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中传输和演化的过程.研究发现：光纤色散和强非线性对飞秒脉冲在光子晶体光纤中传输、演化以及超连续谱的展宽有很大影响.     

色散平坦渐减光纤中非线性啁啾脉冲的传输及超连续谱的产生

基于非线性薛定谔方程,数值研究了色散平坦渐减光纤中非线性啁啾脉冲的传输及超连续谱的产生。研究结果表明,初始啁啾对脉冲传输及超连续谱产生的影响与泵浦条件和光纤参量的选取有很大关系。当色散平坦渐减光纤具有小的归一化二次色散系数时,适当的正啁啾能显著增强超连续谱的带宽,而负啁啾和太大的正啁啾抑制超连续谱的带宽。能增强超连续谱带宽的正啁啾有一个较宽的范围,但随着输入脉冲孤子阶数的降低,该范围将变窄。当色散平坦渐减光纤具有大的归一化二次色散系数同时输入脉冲为低阶孤子时,初始啁啾对超连续谱带宽的增强效果不明显,初始啁啾接近为0时可产生最宽的超连续谱。     

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     

石英光子晶体光纤中高功率中红外超连续谱的产生

非石英光纤在产生大功率超连续谱方面存在难以克服的局限性.本文首次报道了采用石英光纤产生大功率中红外超连续谱.精心设计光纤结构使色散有利于超连续谱向中红外波段展宽,同时保证相对较大的芯径以承受较高的泵浦功率.合理选择光纤长度,在保证光谱展宽到3.4 μm的情况下使光纤损耗的影响降低到最小限度.研究表明,在1.95 μm皮秒脉冲泵浦下,采用色散适宜的石英光子晶体光纤可以产生20 dB带宽覆盖1 550~3 420 nm的超连续谱.超连续谱的平均功率可达56.6 W.     

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.     

V型高双折射光子晶体光纤超连续谱产生的实验研究

高非线性高双折射光子晶体光纤是超连续谱产生的最有效介质之一, 因此本文选取V型光子晶体光纤作为研究对象. 通过多极理论数值模拟的结果, 确定V型光纤具有高双折射、高非线性等特性. 通过实验手段, 发现入射光中心波长和光纤的双折射效应对产生的超连续谱有很大的影响: 当入射光波长处于光子晶体光纤大的反常色散区时, 脉冲相对展得比较宽, 长轴要比短轴方向的超连续谱更宽, 频谱成分更加丰富. 在同一波长下光偏振方向越接近45°时, 超连续谱谱宽范围越大. 随着入射脉冲功率的增加, 超连续谱展得越宽, 但是当功率比较大时会达到功率饱和. 关键词： 光子晶体光纤 高双折射 多极理论 超连续谱     

光子晶体光纤中超连续谱产生的理论与实验研究

研究了光子晶体光纤中超连续激光光源的产生机理.利用非线性偏振旋转技术产生的中心波长为1 556.0 nm的飞秒光脉冲作为泵浦光源,在69 m长的高非线性光子晶体光纤中,得到了20 dB带宽约为140 nm的超连续谱;采用实验和数值模拟方法,研究了不同泵浦功率下超连续谱形成的过程.结果表明,在不同的泵浦功率下,超连续谱的形成机理不同,在各种非线性效应的共同作用下,泵浦光脉冲的峰值功率越高,得到超连续谱的带宽越宽,实验与数值模拟结果一致.另外,要想获得平坦的宽带超连续谱,必须选择合适的光纤长度.     

Active phase control and frequency chirp effects on supercontinuum generation in high birefringence photonic crystal fiber

An acoustic-optics programmable dispersive filter (AOPDF) was first employed to actively control the linearly polarized femtosecond pump pulse frequency chirp for supercontinuum (SC) generation in a high birefringence photonic crystal fiber (PCF). By accurately controlling the second order phase distortion and polarization direction of incident pulses, the output SC spectrum can be tuned to various spectral energy distributions and bandwidths. The pump pulse energy and bandwidth are preserved in our experiment. It is found that SC with broader bandwidth can be generated with positive chirped pump pulses except when the chirp value is larger than the optimal value, and the same optimal value exists for the pump pulses polarized along the two principal axes. With optimal positive chirp, more than 78% of the pump energy can be transferred to below 750 nm. Otherwise, negative chirp will weaken the blue-shift broadening and the SC bandwidth.     

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。     

Different supercontinuum generation processes in photonic crystal fibers pumped with a 1064-nm picosecond pulse

Picosecond pulse pumped supercontinuum generation in photonic crystal fiber is investigated by performing a series of comparative experiments. The main purpose is to investigate the supercontinuum generation processes excited by a given pump source through the experimental study of some specific fibers. A 20-W all-fiber picosecond master oscillator-power amplifier （MOPA） laser is used to pump three different kinds of photonic crystal fibers for supercontinuum generation. Three diverse supercontinuum formation processes are observed to correspond to photonie crystal fibers with distinct dis- persion properties. The experimental results are consistent with the relevant theoretical results. Based on the above analyses, a watt-level broadband white light supercontinuum source spanning from 500 nm to beyond 1700 nm is demonstrated by using a picosecond fiber laser in combination with the matched photonic crystal fiber. The limitation of the group velocity matching curve of the photonic crystal fiber is also discussed in the paper.     

Numerical analysis of the As2Se3 chalcogenide glass multi-ring photonic crystal fiber

A novel kind of As₂Se₃ chalcogenide glass multi-ring photonic crystal fiber is proposed. The characteristics of multi-ring photonic crystal fiber have been studied by the finite element method. Compared with another two kinds of single-core photonic crystal fibers, the multi-ring PCF can make the perfect combination of the effective mode area, the nonlinearity coefficient and multi-zero dispersion. It can achieve high power supercontinuum generation in middle infrared band; It also can be used in high-power pulsed laser fiber amplifier and high-power ultra-short pulse laser transmission in far infrared band.     

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