OPA泵浦保偏光子晶体光纤产生超连续谱和非线性特性的研究

采用波长可调光参量放大器作为泵浦源,对保偏光子晶体光纤的超连续谱的产生和非线性特性进行了实验研究.将光参量放大器产生的中心波长为1.27 μm,脉宽约为250 fs,重复频率为250 kHz和单脉冲能量只有92 nJ的光脉冲耦合进0.2 m长的保偏光子晶体光纤,实验中观察到了光谱展宽和非线性效应,在1.3 μm 波长区域获得了谱宽为83 nm (1.2486 ～1.3318 μm)的超连续谱.     

飞秒脉冲泵浦光子晶体光纤产生1.3μm区域的光谱展宽

采用OPA产生的中心波长为1.2759 μm、平均输出功率为30 mW、重复频率为250 kHz、脉冲宽度为250 fs的光脉冲作为泵浦源,研究了PCF输出光谱随泵浦焦点与光纤端面的相对移动的光谱演变.在纤芯直径为2.0 μm、长度为1.8 m的光子晶体光纤中获得了近700 nm的光谱展宽,展宽的光谱从1.09 μm到1.79 μm,分析认为是高阶孤子的分裂和四波混频导致的光谱展宽,而在1.4 μm左右的光谱凹陷是由于光纤中OH离子的吸收造成的.PCF输出的光谱可应用在WDM通信和光互连网的超短脉冲多通道光源中.     

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.     

光子晶体光纤非线性光谱特性的理论与实验研究

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性,可以产生奇异的色散特性及高非线性,为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。受多种非线性光学效应的共同作用,在不同泵浦光脉冲参数条件下,不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、泵浦光波长λ、光脉冲形状、光脉冲宽度T_FWHM)、光纤结构参数(孔间距Λ、空气填充比d/Λ、光纤长度z)、传输特性(色散、非线性系数)的关系,分析拉曼孤子、色散波、自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究,获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、0.82 μm波段的剩余泵浦光、1.1 μm波段的孤子波、2 μm附近的红移宽带色散波。理论分析与实验测量结果一致,阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理,实现了对宽带光谱的可控输出,为高非线性光子晶体光纤的结构设计、制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。     

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     

多色脉冲激光光源研究

采用钛宝石锁模飞秒激光器作为泵浦光源,利用1.8 μm纤芯的保偏光子晶体光纤的高非线性特性产生超连续谱,通过调节泵浦光源和光子晶体光纤之间的耦合,在可见光区,获得了中心波长分别在431 nm, 497 nm, 520 nm, 575 nm的mW量级的不同颜色的激光输出,并且测量输出的脉冲序列重复频率与泵浦光的一致,具有良好的稳定性.     

光纤弯曲对干涉式光纤陀螺性能的影响

为研究光纤弯曲对干涉式光纤陀螺性能的影响,选取常用的单模光纤、保偏光纤、光子晶体光纤及保偏光子晶体光纤为研究对象,建立了光纤弯曲与光纤陀螺性能的相关理论模型。以高精度光纤陀螺应用为背景,选取掺铒超荧光光纤光源,改变光纤弯曲半径,测出了经过光纤样品后的光功率、平均波长、光谱宽度的变化和平均波长波动,在此基础上分析了弯曲半径对光纤陀螺标度因数和随机游走系数的影响。理论分析和实验结果表明,采用光子晶体光纤时,光纤弯曲对光纤陀螺性能几乎没有影响,采用其他光纤时,需要严格控制光路中的光纤弯曲半径。     

基于Sagnac干涉仪的保偏光子晶体光纤氢气传感器

提出了一种基于Sagnac干涉仪的保偏光子晶体光纤(PM-PCF)氢气传感器,建立了传感模型并进行了实验研究和验证。采用对靶磁控溅射技术将钯银(Pd/Ag)合金快速均匀地沉积在保偏光子晶体光纤侧面,并利用Pd吸收氢气后的形变调制保偏光子晶体光纤的双折射,通过测量Sagnac干涉仪输出光谱峰值的变化实现氢气浓度的测量。实验结果表明该传感器可检测的氢气浓度范围为0%~4%,且具有良好的重复性。室温下对低浓度氢气具有较高的灵敏度,氢气浓度由0%变化到1%时的波长偏移量达1.307nm。采用双折射温度不敏感的保偏光子晶体光纤,可很好地抑制外界温度变化对传感器的干扰。     

亚百飞秒高功率掺镱大模面积光子晶体光纤飞秒激光放大器的实验研究

实验研究了掺镱双包层保偏大模面积光子晶体光纤飞秒激光放大器. 获得了平均功率达16W的飞秒激光放大输出,在50MHz重复频率下,对应的单脉冲能量达到320nJ. 增益光纤长3.5m,由于自相位调制效应,种子光脉冲光谱在放大过程中同时展宽,从而支持更窄的脉冲宽度. 经过光栅后,脉冲宽度压缩到了85fs. 系统中的振荡器和放大器基于同一种具有偏振结构的大模面积光子晶体光纤,具有很好的环境稳定性和进一步集成的可能. 关键词： 光子晶体光纤 大模场面积光纤 飞秒激光 光纤放大器     

石英单模光纤中非线性光谱特性的实验研究

搭建了一台用于研究石英单模光纤中非线性光谱特性的实验系统。利用磷酸钛氧钾(KTP)晶体倍频电光调Q脉冲Nd~(3+)∶YAG固体激光器,将输出脉宽为10ns,最大峰值功率达到50 MW,波长为531.81nm±0.26nm的激光作为抽运光源,抽运长度分别为250m和500m的石英单模光纤。根据马吕斯定律使用偏振片调节抽运光的输出能量。在实验系统稳定工作的条件下,调节抽运光输出能量分别为220.6kW和170kW时,获得了可见光范围内250m和500m石英单模光纤的多级非线性光谱。基于石英单模光纤中的三阶非线性理论,分析了实验中所获得非线性光谱的特性。理论分析和实验数据均表明:石英单模光纤长度越长,非线性光谱强度、耦合增益系数越大,能量阈值越低,而石英单模光纤长度越短,非线性谱线的展宽和散射附加峰的产生越容易。     

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     

复自相干度度量超连续谱相干性

引入复自相干度来度量同一脉冲产生的超连续谱的相干性, 并对其进行了实验研究. 采用Mach-Zehnder干涉仪, 测量700 ps脉冲抽运光子晶体光纤产生的超连续谱的相干性. 实验测得超连续谱不同波长成分的相干长度均大于40 μm, 在长波区可达225 μm. 超连续谱的整个光谱区域各谱成分的相干度有差异, 但复自相干度的模平均值为0.461, 相干性较好, 可以满足如光测量、光学传感等很多应用.     

基于低非线性系数光子晶体光纤的全光纤高效超连续谱光源

 报道了一种基于低非线性系数光子晶体光纤的全光纤高效率超连续谱产生系统。将光纤锁模激光器输出的脉宽5 ps、重复频率20 MHz、平均功率50 mW的脉冲,输入到15 μm的大模场光纤中进行放大,通过与两级芯径较小的短光纤模场匹配缩小输出的模场直径后,输入到20 m低非线性系数的光子晶体光纤,获得的超连续谱波长覆盖范围宽于650～1 700 nm。输入光子晶体光纤的泵浦光功率为740 mW,输出超连续光功率为670 mW,转换效率大于90%。实验研究了超连续光谱展宽的过程,从理论上进行了分析解释。     

全玻璃实心保偏光子晶体光纤的研制

设计并采用棒管法结合毛细管堆积技术制备了一种全玻璃材料的实心保偏光子晶体光纤,光纤端面测试结果表明,这种结构设计有效克服了传统光子晶体光纤制造过程中空气孔易于塌陷的困难,光纤微结构保持良好.采用剪断法测得在1550nm波长下光纤的传输损耗为6.84dB/m.测试了输出光的偏振度,结果表明该光纤具有较好的保偏特性,说明采用此方法研制具有高保偏性能且制作工艺简单的光子晶体光纤是可行的.     

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     

高功率脉冲在大模场掺Yb3+光纤中的自相似传输放大特性

分析了高功率脉冲在增益光纤中传输放大时非线性薛定谔方程的自相似解,得出注入光的脉宽和能量满足一定关系时,优化增益光纤的长度,才能满足种子光脉冲在增益光纤中的自相似传输放大.揭示了高功率种子光脉冲在光纤中自相似演化的特征参量.此外,模拟了注入能量为400 pJ,脉宽为200 fs,波形分别为正割、高斯以及3阶超高斯的种子光脉冲在纤芯为30μm的大模场增益光纤中的传输放大特性.结果表明3种波形的种子光脉冲的时间波形与光谱均演化为抛物形,时间波形与光谱均发生展宽,但光谱两侧均发生抖动.自相似传输放大后,脉冲为线性啁啾,易于压缩,对实现全光纤高功率超短脉冲产生系统具有重要意义.     

低脉冲能量红外泵浦的宽带超连续光谱产生

以重复频率为250 MH2、脉冲宽度为140 fs的锁模掺镱光纤激光器作为泵浦源,用拉锥光子晶体光纤产生超连续光谱.优化光纤拉锥直径后,在泵浦光脉冲能量达到0.36 nJ时,产生的超连续光在—20 dB水平的光谱覆盖范围为470~1 620 nm;继续增加泵浦光脉冲能量,光谱范围在可见光区已无显著增大.超连续光谱产生的数值模拟结果与实验符合良好,且模拟中超连续光谱产生的部位为光纤靠近入射端的过渡段,与实验中观察到的现象吻合.以25 GHz高重复频率脉冲激光作为泵浦源,保持0.36 nJ脉冲能量,用优化后的光纤进行超连续光谱产生,得到光谱在—20 dB水平上覆盖可见光区的范围为450~700 nm,超过12 h的光谱演化测试表明了超连续光的长期稳定性.     

小芯径光子晶体光纤中基于前向受激布里渊散射的超光速传输特性（英文）

理论研究了小芯径光子晶体光纤中基于前向受激布里渊散射的快光.利用前向受激布里渊散射三波耦合方程,通过傅里叶变换,计算小芯径光子晶体光纤中的群折射率和增益系数.用有限元法模拟了声场和光场的分布、信号光时间提前量和展宽因子.小芯径光子晶体光纤中光场与声场可以有效地重叠在纤芯中,增强了它们之间的非线性相互作用,导致强的受激布里渊散射和大的时间提前量.随着信号光传输距离的增加,时间提前量成非线性增长,与此同时,信号光被压缩.随着初始脉冲的增大,脉冲展宽因子逐渐趋于平稳.当传输距离为70 m,初始脉冲宽度为200 ns,泵浦功率为600 mW,计算出时间提前量为21.76 ns和脉冲展宽因子为0.77.     

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.     

光子晶体光纤中自相位调制效应对超高斯脉冲传输的影响

为了研究光子晶体光纤的微结构对其非线性光传输特性的影响,利用超格子法和光子晶体光纤中的光传输方程,计算了光子晶体光纤中的高斯光脉冲和超高斯脉冲的自相位调制谱.计算结果表明：高斯光脉冲和超高斯光脉冲的高频端比低频端均有较大的频谱展宽,而高斯光脉冲的频谱比超高斯光脉冲的频谱具有更大的中心峰值；超高斯光脉冲较高斯光脉冲有较广的频谱范围,它们的自相位调制展宽范围均随着传输距离的增加而增大.这些现象均可以利用自陡峭效应的理论加以解释.与传统光纤相比,高斯光脉冲在传统光纤中所受自相位调制效应的影响较小.