基于光纤光参量放大的光脉冲压窄技术的研究

在高重复频率的光窄脉冲源中,为了获得更窄的脉冲,需要增加泵浦功率|但泵浦功率的提高会使光放大器的增益趋于饱和,放大的自发辐射噪音增强,脉冲光信噪比下降.为此,提出了利用啁啾管理和光纤光参量放大相结合的脉冲压窄方案.将强度调制后的泵浦光通过相位调制引入线性负啁啾,由于经参量过程后在新的闲频光上啁啾会加倍,从而进一步增大了信号的谱宽,并通过色散补偿介质实现了光脉冲压缩.实验给出了10 GHz速率下的结果,通过泵浦光的相位调制在0.5 W平均泵浦光功率条件下得到了脉宽19 ps的光脉冲,结果与理论分析基本吻合.     

光纤中受激拉曼散射连续谱研究

我们在实验中研究了自相位调制效应和受激四光子混频效应对受激拉曼散射光谱的影响。在较强的泵浦光和适当的入射条件下,得到九阶受激拉曼散射的级联 Stokes 连续平滑谱带,带宽3500cm~(-1),其强度可与530nm 泵浦光强相比拟。     

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。     

色散缓变光纤中飞秒光脉冲的调制不稳定性研究

研究了色散缓变光纤中飞秒光脉冲的调制不稳定性 ,发现当色散缓变光纤的色散参量满足一定关系式时 ,增益谱的谱宽最宽 ,获得了增益谱的表达式 ;三阶色散对调制不稳定性不起作用 ;自变陡效应使增益谱的谱宽变窄 ,振幅的增长速度减漫 ;拉曼效应改变了调制不稳定性的产生区域。     

光子晶体光纤中交叉相位调制光谱展宽特性研究

实验研究了超高速时分复用信号与探测光同向传输,在色散平坦高非线性光子晶体光纤中的交叉相位调制光谱展宽特性,从光谱学的角度分析了信号光波长漂移,泵浦光与信号光总功率及功率比,二者偏振态失配对交叉相位调制光谱展宽效应的影响,探讨了实现偏振不敏感交叉相位调制效应的可行性。研究发现,在36 nm波长范围,总功率大于23 dBm,泵浦光与信号光功率比合理,二者偏振态匹配时交叉相位调制效果最好,交叉相位调制的偏振相关性为11 dB,指出利用色散平坦高非线性光子晶体光纤中的残余双折射,调节泵浦光与光纤双折射主轴成45°,可以实现偏振不敏感交叉相位调制效应,随后的理论模拟和实验结果相一致。研究结果为实现基于交叉相位调制原理工作的超快全光信号处理器件作了充分准备。     

色散缓变光纤史飞秒光脉冲的调制不稳定性研究

研究了色散缓变光纤中飞秒光脉冲的调制不稳定性,发现当色散缓变光纤的色散参量满足一定关系式时,增益谱的谱宽最宽,获得了增益谱的表达式;三阶色散对调制不稳定性不起作用;自变陡效应使增益谱的谱宽变窄,振幅的增长速度减慢;拉曼效应改变了调制不稳定性的产生区域。     

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     

反常色散平坦光纤产生平坦宽带超连续谱的数值研究

通过数值计算，对反常色散平坦光纤中高阶孤子压缩效应产生超连续谱进行了系统、深入的研究. 结果表明，反常色散平坦光纤的色散参量二阶微分常量、峰值色散参量及抽运脉冲的脉宽、孤子阶数对该种光纤中平坦超连续谱的形成及所需光纤长度的选取都有着非常重要的影响；进一步研究表明，超连续谱的展宽机理主要来自脉冲的自相位调制效应和群速度色散的共同作用,高阶非线性效应对超连续谱的产生不起决定性作用，在计算中完全可以忽略. 关键词： 反常色散平坦光纤 超连续谱 自相位调制效应 群速度色散     

飞秒脉冲泵浦的Ⅱ类BBO晶体自发参量下转换光谱分布特性

在理论上分析了飞秒脉冲泵浦的Ⅱ类共线的自发参量下转换信号光与闲置光光谱的分布特征.由于非线性晶体色散的影响,信号光与闲置光光谱分布不完全相同,且这种差异会随着泵浦谱宽的增加而加大.同时在实验上测量了Ⅱ类共线匹配的下转换信号光与闲置光的光谱分布.将理论分析与实验结果进行对比,变化趋势是一致的.本文对连续变量单光子探测中的模式匹配及光子对四阶干涉的条纹可见度等相关量子光学测量有一定的指导意义.     

多波段相关光子光谱分布与时间相关性测量实验研究

基于相关光子的定标技术能够实现“无标准传递”绝对定标,研究相关光子的光谱辐射特性及时间相关特性对遥感器在宽波段的辐射定标具有重要意义。为满足光电探测器在宽谱段量子效率定标需求,基于相关光子的定标技术有必要从单一波段向更多波段扩展。根据自发参量下转换所满足的相位匹配条件,推导出相关光子在晶体内的非共线角计算公式,通过数值模拟相关光子光谱辐射角度分布规律,优化晶体相位匹配角,使得自发参量下转换产生的相关光子具有宽光谱分布,并且相关光子辐射角度与光谱波长能够一一对应。根据光谱分布数值模拟结果,建立了多波段相关光子的光谱分布和时间相关性测量实验系统,利用该系统测量了四对相关光子的光谱分布、符合计数、相关时间以及偏振特性。其中,测量的光谱分布范围为633~808 nm,最大光谱分布测量偏差为1.51 mm,光谱分布实验测量结果与数值模拟结果符合一致;测量了四对相关光子对的相关时间,最小相关时间为0.32 ns,并在实验中观察到了“符合三峰”现象;相关光子单光子计数及符合计数与泵浦光的偏振方向呈正弦函数关系。实验研究表明,相关光子对具有可见光~近红外宽波段分布、时间相关及偏振特性。论文研究结果在国内外尚属首次报道,该研究结果有望应用于光电探测器在多波段的辐射定标。     

基于PPLN波导的光场频率下转换及远距离传输

我们利用周期性极化铌酸锂（PPLN）波导模块演示了从铷原子D1线（795 nm）到光通信L波段（1 621 nm）的频率下转换，并将1 621 nm的转换光子通过15 km光纤进行长距离传输。为了降低由泵浦光引起的宽带自发拉曼散射噪声，我们用两个标准具级连方法将噪声带宽压窄至256 MHz。我们研究了下转换光子远距离传输后的信噪比随脉宽和平均输入光子数的变化关系，表明在低的器件外部转换效率（0.84%）下，当脉宽为30 ns，平均输入光子数为2个时，信噪比为1.5。     

零色散附近的交叉相位调制不稳定性分析

以三、四阶色散项的耦合非线性薛定谔方程为基础，考虑光纤损耗及高阶色散，研究了双光束在零色散附近的交叉相位调制不稳定性.理论上导出描述交叉相位调制不稳定性的色散方程，并进行数值模拟计算.结果表明：由于四阶色散的影响，在光纤的正常、反常色散区，交叉相位调制不稳定性均发生在两个频谱区.如光脉冲工作在最小群速度色散附近时，四阶色散对光纤的交叉相位调制不稳定性将起决定性作用，可使增益谱出现一个新的峰值.光纤损耗使增益的谱宽变窄.对给定的传输距离，随着光纤向零色散附近靠近，两个频谱区谱宽增加直到相互重叠.数值分析了两光波有差别时的交叉相位调制不稳定性.     

基于交叉泵浦的受激电磁耦子散射非共线相位匹配方法

提出一种基于交叉泵浦实现受激电磁耦子散射的非共线相位匹配的方法，获得频率可调谐的窄带Stokes光输出。根据参量放大理论，推导出交叉泵浦受激电磁耦子散射的单程放大增益效率表达式，揭示了交叉泵浦实现受激电磁耦子非共线相位匹配的物理机制。实验上采用泵浦光在晶体侧面全反射的方式构建交叉泵浦，通过旋转晶体改变泵浦光全反射角，实现相位匹配条件的改变和输出Stokes光频率的调谐。输出Stokes光线宽为0.17 nm，波长调谐范围为1 068～1 076 nm。在15 mJ的泵浦能量下的输出能量为1.07 mJ，能量转化效率为6.8%。本研究为非线性参量转换过程中的相位匹配方法提供一种方案参考，尤其适用于泵浦光脉宽小于纳秒量级的短脉冲情况。     

包含高阶色散的色散缓变光纤中交叉相位调制不稳定性分析

从包含高阶色散的广义非线性薛定谔方程出发,得到了色散缓变光纤中交叉相位调制不稳定增益谱,研究了增益谱随入射功率及光纤纵向色散参量的变化关系.结果表明：由于四阶色散的影响,在色散缓变光纤的正、反常色散区,交叉相位调制不稳定均发生在两个频谱区.反常色散区两频谱区宽度均比正常色散区宽,且反常色散区第二频谱区更靠近零点,说明色散缓变光纤中交叉相位调制不稳定更容易发生在反常色散区.增益谱宽都随两入射光波功率比值的增加而增大.色散缓变光纤中交叉相位调制不稳定增益谱宽比常规光纤的宽,且随着光纤纵向色散参量μ的增大色散缓变光纤中交叉相位调制不稳定越来越明显.     

光子晶体光纤中调制不稳定现象与超连续光谱的产生

研究了光子晶体光纤中调制不稳定性效应.从非线性薛定谔方程出发，计算和分析了光子晶体光纤中反常色散区以及正常色散区内的调制不稳定性现象，详细讨论了超短脉冲的脉宽、峰值功率、高阶色散和高阶非线性效应（如脉冲内喇曼散射、自陡峭效应）对调制不稳定性产生的影响.结果表明：二阶色散对调制不稳定性的影响要远大于三阶色散，同时也发现随着初始脉冲宽度的减小，调制不稳定性旁瓣增大但是强度有所降低.另外还发现高阶非线效应如自陡峭和喇曼效应会在不同程度上抑制调制不稳定性.     

Ⅰ类自发参量下转换光谱圆环空间分布

理论模拟了I类自发参量下转换产生的相关光子光谱圆环的空间辐射角度及光强分布,搭建了相关光子圆环光强分布的实验测量装置,该装置利用355 nm连续激光器泵浦BBO晶体产生I类自发参量下转换相关光子圆环,使用CMOS传感器作为相关光子圆环探测单元,通过2×2维点阵扫描方法探测了完整的相关光子圆环,测量的光谱分布为430～860 nm.实验结果表明:测量的相关光子圆环直径与理论值符合较好;Ⅰ类自发参量下转换过程产生的相关光子在空间呈同心圆环分布;相关光子光谱具有宽光谱分布特点.     

周期极化LiNbO3脉冲走离效应分析

 建立了包含高阶群速色散的OPCPA 数值模拟程序，并以准相位匹配的周期极化的LiNbO₃(PPLN)参量放大器为例，在信号光是中心波长1 053 nm，脉宽100 fs的飞秒脉冲经展宽器展宽800 ps的啁啾脉冲，输入能量约0.6 nJ，泵浦光波长527 nm，脉宽3 ns，初始输入泵浦光强300 MW/cmLiNbO²，PPLN晶体的非共线角1.49°，极化周期9.7 μm的条件下， 对OPCPA过程前级的高阶群速色散引起的走离效应对泵浦光、信号光频谱和脉冲形状的影响等具体特性进行了数值模拟。结果表明：在合适的晶体长度下，高阶群速色散对参量转换效率的影响不大，但它对输出信号光的时间波形和频谱有较大影响，会引起脉冲时间形状畸变和频谱漂移。     

I类自发参量下转换光谱圆环空间分布

理论模拟了I类自发参量下转换产生的相关光子光谱圆环的空间辐射角度及光强分布,搭建了相关光子圆环光强分布的实验测量装置,该装置利用355nm连续激光器泵浦BBO晶体产生I类自发参量下转换相关光子圆环,使用CMOS传感器作为相关光子圆环探测单元,通过2×2维点阵扫描方法探测了完整的相关光子圆环,测量的光谱分布为430~860nm.实验结果表明:测量的相关光子圆环直径与理论值符合较好;I类自发参量下转换过程产生的相关光子在空间呈同心圆环分布;相关光子光谱具有宽光谱分布特点.     

利用自发四波混频测量光子晶体光纤色散

使用脉宽为1.6ps的脉冲光抽运0.6m长的光子晶体光纤,测量由光纤中自发四波混频过程所产生光子对的频谱,并利用所获得的相位匹配数据确定了待测光纤的色散。当抽运光的中心波长以1nm的步长,在1037～1047nm的范围内变化时,通过可调谐滤波器和单光子探测器测量光子晶体光纤产生的信号和闲频光子对的频谱,从而获得11组四波混频相位匹配数据。然后使用阶跃有效折射率模型对所获得的相位匹配数据进行拟合,得出待测光子晶体光纤的纤芯半径和包层空气比的有效值分别为0.949μm和29.52%,并在此基础上计算了光纤的色散及全频谱范围内的四波混频相位匹配曲线。实验结果显示,曲线预测值与实测值之间误差小于0.1%。     

双泵浦光子晶体光纤参量放大研究

利用光子晶体光纤在不同零色散波长附近具有不同色散的特性，研究了在零色散波长为780 nm和1550 nm附近的双泵浦光子晶体光纤参量放大过程.在780 nm附近，讨论了零色散波长变化对双泵浦光子晶体光纤参量放大的影响.数值模拟结果表明:当零色散波长发生微小的变化时，信号增益谱带宽会发生很大的变化.当两泵浦光之间的波长差值减小时，零色散波长的变化对参量放大的影响在很大程度上可以得到抑制，但是增益带宽会有一定的减小.依据这一原理，在1550 nm附近设计光子晶体光纤中的色散平坦光纤参量放大，在5 m长的光子晶体光纤中，当峰值功率为10 W时，得到了增益为65 dB，带宽达到420 nm且极为平坦的增益谱.