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     

长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的理论研究

本文数值研究了长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的产生.依据准连续波近似下的相位匹配条件和能量守恒定律,能够理论上确定在光子晶体光纤正常色散区抽运时,四波混频效应产生的信号光和空闲光波长;以及在光纤反常色散区抽运时,调制不稳现象产生的两个对称旁瓣波长.利用自适应分步傅里叶法,定量地模拟了利用波长为1064 nm的亚纳秒激光器抽运两种不同色散特性的光子晶体光纤四波混频效应和超连续谱的产生,模拟结果与实验结果符合非常好. 关键词： 光子晶体光纤 超连续谱 四波混频 自适应分步傅里叶法     

光子晶体光纤中超连续谱产生的蓝移光谱分析

以理论和实验相结合的方法对光子晶体光纤中超连续谱产生的蓝移光谱进行了研究.实验研究了超连续谱蓝移光谱随入射激光的功率的变化,着重分析了光谱在短波方向展宽的机制.结果表明:在入射激光功率较低的情况下,利用包含色散、自相位调制、自变陡及脉冲内拉曼散射效应的非线性薛定谔方程可以准确地分析光谱的展宽情况,理论和实验结果一致;但是,当功率较高时,光谱展宽的蓝移部分理论和实验结果出现差别.因此,在理论和实验的基础上讨论了四波混频及交叉相位调制效应对超连续谱产生的影响,从而为超连续谱在短波方向的展宽提供了很好的实验和理论依据.     

光子晶体光纤四波混频光谱中相位匹配特性的研究

与传统光纤不同,光子晶体光纤可以具有多个零色散波长,在四波混频光谱中,具有更丰富的相位匹配特性。目前很多文献报道了光子晶体光纤非线性光学特性的实验结果,但对其产生机理及光谱的变化规律缺乏详细的理论分析。为此对光纤中四波混频原理进行了分析,给出了高增益的相位匹配条件。利用多极法计算了光子晶体光纤的非线性系数及色散特性。对具有多个零色散波长光子晶体光纤的相位失配特性进行了分析,得到了相位匹配波长随泵浦波长及泵浦功率的变化规律。给出了相位匹配曲线,分析了不同色散曲线的相位匹配波长特点,两个零色散波长光子晶体光纤,在四波混频光谱中将激发出四个新的波长。实验得到了两个零色散波长光子晶体光纤的四波混频光谱,与理论分析一致,验证了相位匹配理论的可靠性。多个零色散波长光纤,能产生丰富的相位匹配曲线,会出现更多的四波混频波长,可以有效的控制光孤子及超短脉冲的四波混频及共振散射产生的光谱特性。为光子晶体光纤中基于四波混频的波长变换及超连续谱的研究提供了理论指导。     

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     

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     

正常色散平坦光纤中皮秒抽运脉冲超连续谱的形成研究

研究了皮秒抽运脉冲在正常色散平坦光纤中超连续谱的形成过程，分析了脉冲演化过程中光波分裂的产生及其所显示的四波混频对超连续谱特性的影响.结果表明：脉冲初期光谱展宽由自相位调制效应主导，此后由于光谱中心区域能量在色散作用下不断向旁瓣转移，自相位调制效应逐渐减弱而四波混频作用增强，光谱会再度显著展宽.超连续谱的噪声特性与光谱演化状态密切相关，是光谱特征结构对抽运脉冲强度噪声响应的动态表征. 关键词： 正常色散平坦光纤 自相位调制 四波混频 超连续谱     

飞秒脉冲作用下光子晶体光纤超连续谱的产生

采用钛宝石超快fs激光器泵浦2m长光子晶体光纤产生超连续谱,重点研究了不同输入功率下350～959nm波长范围内光谱的演变过程,实验中产生的超连续光谱宽度超过550nm分析表明,内脉冲喇曼散射和孤子自频移在开始阶段对光谱长波方向上的展宽起主要作用,这些新的频率成分与随后光谱向短波方向的拓展有密切关系.     

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     

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。     

Kilowatt-peak-power, single-frequency, pulsed fiber laser near 2 μm

We generated single-frequency pulses at kilowatt peak power from an all-fiber Tm-doped master oscillator power amplifier system, which is the first report of this kind (to the best of our knowledge) of a laser in the 2 μm region. Compared with the laser linewidth of seed pulses, spectral broadening by a factor of 3 was observed with the amplified pulses. This was attributed to self-phase modulation in passive pigtail fibers of the components (isolator and wavelength division multiplexing) that were placed after the fiber amplifier. The short pulse width (~7 ns) of the kilowatt-level pulses prevents an onset of stimulated Brillouin scattering in the long fiber. When launching the pulses into several-meter single-mode fiber, significant nonlinear spectral broadening occurs due to modulation instability in the fiber. This reaction is beneficial for generation of a mid- and long-wavelength IR supercontinuum in nonlinear IR fibers.     

Optical supercontinuum generation from nanosecond pump pulses in an irregularly microstructured air-silica optical fiber

An optical supercontinuum was generated by pumping a short length of randomly microstructured air-silica optical fiber with a Q-switched Nd:YAG laser. The use of relatively long pump pulses and a longer pump wavelength are believed to be responsible for an improvement in results relative to similar previous reports. A figure of merit for optical continuum generation is defined, and is shown to be considerably larger in this and other experiments in which stimulated Raman scattering, instead of self-phase modulation, is the primary nonlinear process seeding spectral broadening.     

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     

Route to broadband blue-light generation in microstructured fibers

We explore theoretically the possibility of generating broadband blue light by copropagating a short soliton pump pulse and a broader signal pulse in a microstructured fiber with a zero-dispersion wavelength located between the center wavelength of the pump and the signal pulses. We show that the unique properties of microstructured fibers should allow for broadening of the signal pulse's spectrum by as much as a factor of 50 through the conjugate action of cross-phase modulation and a soliton self-frequency shift. The physical mechanism that leads to this large spectral broadening is analyzed by use of an extended nonlinear Schr?dinger equation.     

Widely-wavelength-tunable few-cycle optical pulse generation from an all-fiber erbium-doped laser system

A scheme for the construction of fiber laser systems for the generation of tunable ultrashort optical pulses is proposed. The scheme is based on the self-Raman shift of the soliton frequency in dispersion-decreasing fibers with the subsequent spectral broadening owing to the supercontinuum generation in a short highly nonlinear fiber and the compression in the corresponding fiber compressor. An all-fiber laser system for the generation of ultrashort laser pulses in the wavelength range 1.6–2.0 μm is experimentally demonstrated. In particular, the shortest pulses with a duration of 24 fs are generated at wavelengths of 1.8–1.9 μm, which corresponds to less than four optical cycles.     

百皮秒脉冲放大中自相位调制效应实验研究

利用掺镱双包层光纤放大器对百皮秒单脉冲（重复频率1 Hz）进行了放大实验,分析了其放大过程中自相位调制对脉冲时域和频域特性的影响.采用小芯径（纤芯直径6.5 μm）掺镱双包层光纤作为增益介质,研究了放大器中从小信号增益到增益深度饱和整个变化过程中自相位调制引起的频谱展宽效应,并分析了SPM引起的脉冲波形和频谱光强分布的变化.采用布喇格光纤光栅扫描方法观察了其光谱的变化,解决了单脉冲光谱不易测量的问题.结果表明：区别于无源光纤中的自相位调制效应,随着抽运功率的增加,百皮秒脉冲放大过程中增益饱和效应和自相位调制效应的共同作用,使脉冲频谱分裂成不对称双峰结构,且光强分布先向短波后逐渐向长波集中.     

基于悬臂梁的光纤光栅线性调谐

理论上对不同厚度的“凸”字形悬臂梁的调谐能力进行了分析,实验中选用适当尺寸的悬臂梁,对粘贴基上的光纤光栅的反射波长实现了线性调谐,并观察到由于梁轴向应力的梯度分布造成的啁啾输出现象,指出选用长度较短的光栅可以减小谱的展宽量。     

Fiber optical parametric oscillator for sub-50 fs pulse generation: optimization of fiber length

We demonstrate generation of 48fs pulses with linear chirp using a short (27mm) fiber optical parametric oscillator (FOPO), which is synchronously pumped by a mode-locked ytterbium-doped fiber laser. We also study the pulse quality for both the short- and long-wavelength operation where the fiber length inside of the oscillator varies from 17 to 61mm. The optimal pulse duration is observed only in the short-wavelength operation. Furthermore, we model the FOPO system as a single-pass parametric amplifier including dispersive pulse broadening and walk-off between the pump and output. The optimal condition arises from the minimization of the walk-off and dispersion. When walk-off is large, the parametric amplification process is most efficient over some reduced effective fiber length, leading to an upper limit in the amount of the observed pulse broadening.     

光强检测型光纤光栅温变不敏感动态压力传感研究

报道了基于光纤光栅反射谱带宽调制和光强差分检测技术实现单一光纤光栅温变不敏感动态压力传感的新方法。设计了一种结构新颖的双孔梁压力传感装置,依据双孔梁有限元受力分析将光纤光栅准确定位于线性梯度应变区,压力作用下光纤光栅反射谱对称展宽,反射光强线性正比于压力变化。基于光波导理论和材料力学原理推导了线性梯度应变场作用下光栅反射谱带宽、反射光强与压力之间的响应关系。利用光强差分检测技术取代传统波长解调方法,简化解调过程的同时传感系统免受温变影响。实验表明,在-10~80℃的温度变化范围内,系统测量误差小于总量程(120kPa)的1.8%,动态响应速度约80Hz,重复测量系统输出稳定,具有较好的应用价值。