飞秒孤子在色散渐增光纤中谱压缩的数值分析

通过数值求解修正了的广义非线性薛定谔方程,研究了孤子在色散渐增光纤中的谱压缩进程.详细分析了入射脉冲峰值功率对输出脉冲的谱宽和中心波长的影响,并描述了脉冲的脉宽、谱宽及啁啾在光纤中的演化过程.计算结果表明,脉宽200fs、中心波长1550nm的基孤子在群速度色散从-1ps2/km至-11ps2/km线性变化的长100m的色散渐增光纤中传输时,脉冲谱宽由12.6nm压缩至5.2nm,即可获得最大压缩比为2.42.     

飞秒孤子在色散渐增光纤中谱压缩的数值分析

通过数值求解修正了的广义非线性薛定谔方程,研究了孤子在色散渐增光纤中的谱压缩进程.详细分析了入射脉冲峰值功率对输出脉冲的谱宽和中心波长的影响,并描述了脉冲的脉宽、谱宽及啁啾在光纤中的演化过程.计算结果表明,脉宽200 fs、中心波长1 550 nm的基孤子在群速度色散从－1 ps2/km 至－11 ps2/km线性变化的长100 m的色散渐增光纤中传输时,脉冲谱宽由12.6 nm压缩至5.2 nm,即可获得最大压缩比为2.42.     

压缩平稳重调脉冲的色散渐减光纤的设计

文章根据平稳重调脉冲(SRP)在梳状光纤(CPF)结构中的压缩原理,对色散渐减光纤(DDF)的色散特性进行设计,结果发现该色散渐减光纤的色散特性呈线性递减.对于平稳重调脉冲其压缩比与功率比等于光纤始末两端二阶色散系数的比值.当色散渐减光纤的斜率足够小时,无啁啾基阶孤子可以近似为平稳重调脉冲,当色散渐减光纤的色散斜率较大时,无啁啾基阶孤子不能近似为平稳重调脉冲.当基阶孤子带有与光纤色散斜率成正比的线性啁啾时,脉冲的压缩比与功率比更接近于光纤始末两端二阶色散系数的比值.说明带有线性啁啾的基阶孤子比不带啁啾的基阶孤子更接近于平稳重调脉冲. 关键词： 平稳重调脉冲(SRP) 梳状光纤(CPF) 色散渐减光纤(DDF) 色散递减表达式     

线性啁啾光脉冲在具有纵向增益光纤中的自相似传播研究

非线性薛定谔方程是光脉冲在光纤中传播时所遵循的基本方程.本文利用分步傅里叶方法从数值结算的角度研究了具有线性啁啾的光脉冲在具有横向增益光纤中的自相似传播特性.研究表明:当群速度色散系数和光脉冲的啁啾系数符号相同时,由于在传播过程中自相位调制和群速度色散分别起主要作用,不论何种形式的光脉冲在传输过程中均会受到压缩,但随着传播距离的增加压缩的光脉冲会展宽;埃尔米特高斯输入和正弦输入在传播过程中的光强分布是对称的,拉盖尔高斯输入在传播过程中会发生能量交换而表现出明显的偏转;当群速度色散系数和光脉冲的啁啾系数符号不相同时,在传播过程中群速度色散始终起主要作用,脉冲一直展宽.这些研究结论可能为未来光纤压缩器、光纤放大器以及新型THz调制波源的制备提供新的理论基础和方法.     

线性啁啾光脉冲在具有纵向增益光纤中的自相似传播研究

非线性薛定谔方程是光脉冲在光纤中传播时所遵循的基本方程.本文利用分步傅里叶方法从数值结算的角度研究了具有线性啁啾的光脉冲在具有横向增益光纤中的自相似传播特性.研究表明:当群速度色散系数和光脉冲的啁啾系数符号相同时,由于在传播过程中自相位调制和群速度色散分别起主要作用,不论何种形式的光脉冲在传输过程中均会受到压缩,但随着传播距离的增加压缩的光脉冲会展宽;埃尔米特高斯输入和正弦输入在传播过程中的光强分布是对称的,拉盖尔高斯输入在传播过程中会发生能量交换而表现出明显的偏转;当群速度色散系数和光脉冲的啁啾系数符号不相同时,在传播过程中群速度色散始终起主要作用,脉冲一直展宽.这些研究结论可能为未来光纤压缩器、光纤放大器以及新型THz调制波源的制备提供新的理论基础和方法.     

色散缓变光纤啁啾演变特性

从理论上分析了色散缓变单模光纤中啁啾演变特性。采用储里叶变换法得到了只有群速度色散效应或自相位调制效应时皮秒脉立足点啁啾的解析解，利用数值法模拟了色散缓变光纤中皮秒脉立足点秋演变过程。结果表明：色散缓变光纤中的啁啾比常规光纤中的啁啾小，而且，合理选择光纤色散参数可实现脉冲波形无畸变传输。     

基于啁啾光纤光栅的掺Yb3+光纤激光器

啁啾光纤光栅可用于光纤色散补偿及脉冲压缩。该文从光纤光栅的耦合模方程出发，对中心波长为1053nm的啁啾光纤光栅进行了研究，数值分析了啁啾光纤光栅长度、耦合函数、啁啾系数、切趾技术等因素对啁啾光栅反射率、时延特性、色散特性、压缩特性的影响，并将结论应用于掺镱超短脉冲光纤激光器的设计，提出基于啁啾光纤光栅的全光纤环形腔连接方案。与其它非全光纤结构光纤激光器相比，这种结构具有更小的损耗和更高的效率。     

单模光纤正常色散区零色散波长附近的啁啾演变特性

利用傅里叶变换法,首次推出了单模光纤正常色散区中二阶、三阶色散共同决定群速度色散效应时,所致啁啾的解析表达式.利用数位解法,模拟了零色散波长附近群速度色散效应和自相位调制效应共同导致的啁啾演变过程.计算结果表明:啁啾为非线性的,且有极值,因而导致脉冲形状的畸变.     

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     

利用光谱滤波器实现自启动的全光纤超短脉冲掺Yb3+光纤激光器

讨论了利用光谱滤波器实现自启动的被动锁模掺Yb³⁺光纤环形激光器的锁模机理,并研制出全光纤结构超短脉冲掺Yb³⁺光纤环形激光器.使用980 nm二极管激光器作为抽运源,高掺杂浓度掺Yb³⁺光纤作为增益介质.在净群速度色散为正的环形腔中加入光谱滤波器,抑制Yb³⁺离子在1030 nm强发射峰的同时,通过对啁啾脉冲的光谱滤波实现脉冲压缩.光谱滤波器与光纤非线性偏振旋转效应相结合,实现了激光器在1053 nm可自启动、十分稳定的锁模运转.激光器锁模阈值功率300 mW,平均斜率效率18.3%,最大输出功率53.07 mW,对应最大输出脉冲能量3.2 nJ.锁模光脉冲中心波长1053.6 nm,3 dB带宽10.84 nm,重复频率16.45 MHz.锁模脉冲宽度为皮秒量级,经腔外光栅对压缩至188 fs. 关键词： 3+光纤激光器')" href="#">掺Yb³⁺光纤激光器 自启动锁模 全光纤     

Numerical investigation on broadband mid-infrared supercontinuum generation in chalcogenide suspended-core fibers

As_2S_3 and As_2Se_3 chalcogenide 3-bridges suspended-core fibers(SCFs) are designed with shifted zero-dispersion wavelengths(ZDWs) at around 1.5 μm, 2 μm, and 2.8 μm, respectively. A generalized nonlinear Schr ¨odinger equation is used to numerically compare supercontinuum(SC) generation in these SCFs pumped at an anomalous dispersion region nearby their ZDWs. Evolutions of the long-wavelength edge(LWE), the power proportion in the long-wavelength region(PPL), and spectral flatness(SF) are calculated and analyzed. Meanwhile, the optimal pump parameters and fiber length are given with LWE, PPL, and SF taken into account. For As_2S_3 SCFs, SC from a 14 mm-long fiber with a ZDW of 2825 nm pumped at 2870 nm can achieve the longest LWE of ～ 13 μm and PPL up to ～72%. For As_2Se_3 SCFs, the LWE of 15.5 μm and the highest PPL of ～ 87% can be achieved in a 10 mm-long fiber with ZDW of 1982 nm pumped at 2000 nm. Although the As_2Se_3 SCFs can achieve much longer LWE than the As_2S_3 SCFs, the core diameter of As_2Se_3 SCFs will be much smaller to obtain a similar ZDW, leading to lower damage threshold and output power. Finally, the optimal parameters for generating SC spanning over different mid-IR windows are given.     

组合光纤中受激拉曼散射和四波混频研究

在抽运光和耦合条件不变的情况下,研究了熔接组合的非零色散位移单模光纤(NZDSF)和标准单模光纤(SMF)中的受激拉曼散射(SRS)和四波混频(FWM)产生和传输特征。采用532 nm脉冲激光抽运NZDSF,从20 m处开始产生以LP₀₁模传输的SRS第一级Stokes光;紧接着在30 m处产生了FWM,SRS受到FWM抑制,传输模式逐渐转化为LP₁₁模;经过80 m处熔接点后,由于熔接处双锥光纤结构使光场模式互相干涉,光波模式恢复为LP₀₁模,FWM受到抑制。该现象和机理有利于抑制密集波分复用(DWDM)系统中光学非线性失真和促进光孤子通信系统的发展。     

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.     

基于法布里-珀罗调谐滤波器的傅里叶域锁模扫频激光光源

报道了一个光纤型1300 nm波段的傅里叶域锁模(Fourier domain mode locking, FDML)扫频激光光源, 用于扫频光学相干层析成像技术 (optical coherence tomography, OCT) 成像. 本实验扫频激光光源采用包含增益介质、调谐滤波器和延迟线组成的长腔激光谐振腔以及光功率增强单元. FDML扫频激光光源具有快速和高度稳定运转模式, 相位稳定性好. 基于法布里-珀罗调谐滤波器(fiber Fabry-Perot tunable filter, FFP-TF)的FDML扫频激光光源扫频范围为130 nm, 半高全宽为70 nm, 输出平均功率是11 mW. 与基于FFP-TF的短腔的扫频光源做了对比研究, FDML扫频光源速度从短腔的8 kHz提高到了48.12 kHz, 对应生物组织OCT成像轴向分辨率为7.8 μm, 比短腔的减小了1.9 μm. 关键词： 光学相干层析技术 扫频激光光源 傅里叶域锁模 法布里-珀罗调谐滤波器     

外差式偏振干涉成像光谱技术研究

提出了一种新型的基于Savart偏光镜的外差式偏振干涉成像光谱技术,该技术在偏振干涉成像光谱仪中引入一对平行偏振光栅对,使其得到的干涉图频率与波数相关,具有了波数外差的特点,降低了干涉图频率,从而可利用较少的采样点数实现很高的光谱分辨率.对外差式偏振干涉成像光谱技术的基本原理进行了研究,详细分析了系统光程差、干涉图表达式、光谱分辨率以及光谱复原方法等.最后给出了外差式偏振干涉成像光谱仪的设计实例并进行了计算机仿真模拟,所复原的光谱与输入光谱曲线相符合,验证了方案的正确性.外差式偏振干涉成像光谱仪具有结构紧凑、光通量高、稳定性强、光谱分辨率高的特点,尤其适合超小型高稳定性、高探测灵敏度的高光谱探测应用.     

一种与标准单模光纤高适配的低弯曲损耗光子晶体光纤

设计并研制出一种与普通单模光纤高适配的低弯曲损耗光子晶体光纤. 结构采用光纤预制棒制作工艺上易于实现的掺锗芯六孔结构. 应用间接测量方法, 对其模式、弯曲及色散特性进行了系统的评估. 在波长1550 nm处研制光纤的模场面积为79.26 μm², 色散为21.7 ps·km^-1·nm^-1, 模场面积和色散特性与标准单模光纤具有高的适配性. 在光纤弯曲半径为5 mm时, 在波长1550 nm处的弯曲损耗为0.0365 dB/圈, 小于G.657B的弯曲损耗0.5 dB/圈. 研究成果为光纤到户用低弯曲损耗光纤的实用化奠定了良好的基础. 关键词： 光子晶体光纤 低弯曲损耗 光纤到户 高适配性     

Optimal pulse compression in long hollow fibers

The spectral broadening performance of 1 m and 3 m long hollow fibers are compared. The 3 m capillary clearly outperforms the 1 m one in terms of both transmission and achievable spectral broadening. Starting from 1.1 mJ 71 fs pulses at 780 nm, a spectral broadening ratio of 26 was achieved using a single 3 m long argon-filled hollow fiber. After compression the measured pulse duration was 4.5 fs corresponding to a compression ratio of 16 at an energy of 0.42 mJ. Both the pulse duration and the pulse energy were limited by the applied chirped mirrors.     

国产光纤实现同带抽运3000W激光输出

同带抽运是目前实现高功率光纤激光器的有效手段.本文基于同带抽运方式,以国产25/250μm掺镱双包层光纤为增益光纤,构建了全光纤化的主控振荡器功率放大器.实验中采用的国产光纤是中国电子科技集团公司第四十六研究所采用化学气相沉积结合气相-液相复合掺杂工艺制备的,其Yb~(3+)离子的分布更均匀,吸收截面更大,吸收系数更高.实验中,在种子光功率为67.8 W、抽运总功率为3511 W的条件下,实现了3079 W的激光输出,斜效率为85.9%,光束质量M~2约为2.14,3dB带宽为1.4nm,这是目前基于国产光纤同带抽运方式实现的最高功率.理论和实验结果表明国产光纤制备技术不断成熟,已经具备承受高功率输出的能力.继续提高抽运功率,优化增益光纤长度,改良散热方式,国产光纤有望实现更高功率的激光输出.     

980-nm all-fiber mode-locked Yb-doped phosphate fiber oscillator based on semiconductor saturable absorber mirror and its amplifier

A 980-nm semiconductor saturable absorber mirror(SESAM) mode-locked Yb-doped phosphate fiber laser is demonstrated by using an all-fiber linear cavity configuration. Two different kinds of cavity lengths are introduced into the oscillator to obtain a robust and stable mode-locked seed source. When the cavity length is chosen to be 6 m, the oscillator generates an average output power of 3.5 m W and a pulse width of 76.27 ps with a repetition rate of 17.08 MHz. As the cavity length is optimized to short, 4.4-m W maximum output power and 61.15-ps pulse width are produced at a repetition rate of 20.96 MHz. The output spectrum is centered at 980 nm with a narrow spectral bandwidth of 0.13 nm. In the experiment, no undesired amplified spontaneous emission(ASE) nor harmful oscillation around 1030 nm is observed. Moreover,through a two-stage all-fiber-integrated amplifier, an output power of 740 m W is generated with a pulse width of 200 ps.