光子晶体光纤产生飞秒超连续谱的实验研究

研究了飞秒脉冲经过光子晶体光纤时超连续谱产生的物理机制。采用输出波长可调谐的钛宝石光参量放大器作为泵浦源,光纤光谱仪测量不同泵浦功率和不同泵浦波长条件下光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱图,对进行了归一化处理后的不同泵浦功率和不同泵浦波长条件下的超连续谱进行对比,分析影响光子晶体光纤超连续谱差异的物理机制。实验结果表明,当泵浦波长不变时,随着入射泵浦脉冲平均功率的增大,波峰增多,谱宽也逐渐加宽并伴随着出现能量向短波方向集中的现象,泵浦功率到达一定强度时,超连续谱的宽度最后到达饱和,谱的包络趋于稳定;入射光功率稳定在300 mW时,超连续谱的宽度和形状皆受到泵浦波长影响,在760～840 nm范围内,泵浦波长越长,波峰数越多,泵浦脉冲波长离零色散点越近,光子晶体光纤产生的超连续谱谱宽会越宽,超连续谱的形状相对越平坦。     

基于医用光子晶体光纤泵浦脉冲优选光学相干断层成像光源的研究

采用分步傅里叶方法模拟皮秒泵浦脉冲在正常色散医用光子晶体光纤中超连续谱的产生,研究泵浦脉冲中心波长、峰值功率、宽度和形状对超连续谱特性的影响,优选泵浦脉冲光源的参数用于光学相干断层成像,提高其纵向分辨率和成像质量。结果表明:对于泵浦中心波长为1.06μm、1.31μm和1.55μm的医用光子晶体光纤,在相同参数下,1.55μm泵浦脉冲产生的带宽较宽,1.31μm泵浦脉冲获得的纵向分辨率较小;对于1.55μm的医用光子晶体光纤,当选取的双曲正割型泵浦脉冲峰值功率为20.5 W,脉冲宽度为2 ps时,可获得的纵向分辨率为5.0μm,当选择峰值功率为18 W,脉冲宽度为0.5 ps时,可获得的纵向分辨率为3.7μm;超高斯型泵浦脉冲比高斯型、双曲正割型和啁啾高斯型泵浦脉冲更易获得较宽、较平坦的超连续谱光源。     

高非线性光子晶体光纤深紫外超连续谱的研究

光子晶体光纤作为光学非线性良好介质,对超连续谱产生具有重要作用。深紫外超连续谱光源在许多应用中有急切的需求,然而由于实验条件和光纤参数等方面的影响,利用高非线性光子晶体光纤产生深紫外(<280 nm)超连续谱的报道较少。通过理论和实验研究了高非线性光子晶体光纤在深紫外区的频率变换,并分析其产生的物理机理。使用钛宝石飞秒激光器将实验室自制的光子晶体光纤在反常色散区泵浦,研究了不同泵浦功率和泵浦波长对深紫外区超连续谱的影响,结果表明：泵浦波长固定为860 nm时,深紫外频率光谱展宽范围随泵浦功率的增加而逐渐展宽;泵浦功率固定为0.4 W时,泵浦波长的增加不仅展宽超连续谱范围而且极大的提高了深紫外区光谱的转换效率。当泵浦波长为870 nm,泵浦功率为0.4 W,实验所用光子晶体光纤长度为1.45 m,零色散波长为825 nm时,光子与色散波的交叉相位调制使深紫外基模超连续谱扩展到最短波长212 nm。     

泵浦波长对光子晶体光纤产生超连续谱的影响

采用钛宝石光参量放大器作为泵浦源,利用其输出波长可调谐性,研究了不同泵浦波长对光子晶体光纤中产生超连续谱的影响,结果表明光子晶体光纤中零色散点处的群时延和1.4 μm处的OH根离子的吸收对超连续谱的平坦度影响很大,并且泵浦波长离光纤的零色散点越远,产生的超连续谱平坦度越差,甚至在可见光区产生的各个频率峰还只是分离的,没有形成超连续谱.当泵浦波长为1.2 μm时,获得了带宽为300 nm~1350 nm的超连续谱,谱宽超过了两个倍频程.     

不同零色散点光子晶体光纤的超连续谱产生

本文实验研究了飞秒脉冲在不同零色散点光子晶体光纤中传输时产生超连续谱的现象。首先,我们通过非线性薛定谔方程理论计算了激光脉冲分别在正、负色散光子晶体光纤中传输时产生的超连续谱;计算结果表明在正色散光子晶体光纤产生的超连续谱远远大于在负色散中产生的超连续谱。其次,在实验上采用零色散点分别为800 nm、1 060 nm和2 000 nm的光子晶体光纤,将脉宽为130 fs,中心波长800 nm,脉冲重复频率为80 MHz的脉冲输入这些光纤中产生超连续谱并研究其特性,实验结果表明光子晶体光纤的零色散点越小,在其中产生的超连续谱越宽越平坦。同时产生的超连续谱也与激光脉冲的能量和中心波长相关。     

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.     

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.     

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。     

中红外色散平坦渐减光纤设计

设计了一种以As2S3玻璃为纤芯、碲酸盐玻璃为微结构包层的锥形光子晶体光纤.该结构光纤兼具阶跃折射率光纤和光子晶体光纤双重特性,具有色散调制灵活性高且限制损耗低等优点.模拟结果表明:优化该光纤结构包层空气孔径、孔间距、纤芯直径等特征参量,使参量之间及参量与椎区长度之间满足特定线性关系时,该光纤在2~4.5μm中红外波段呈现色散平坦渐减特性;对该光纤微包层进行折射率~1.6的液体油填充处理,色散曲线对称性及平坦性得到进一步优化.该光纤在超短脉冲压缩与展宽、色散波、光孤子及中红外平坦超连续谱产生等领域应用潜力巨大.     

双零色散光子晶体光纤中超连续谱的产生及控制

 通过数值模拟飞秒脉冲在具有双零色散波长的光子晶体光纤中的传输过程,详细分析了超连续谱的产生和控制机制.结果表明：中心波长处于反常色散区的泵浦脉冲在高阶非线性和高阶色散等作用的调制下,将演化为基孤子和正常色散区的两个色散波|该色散波进而经与之相位匹配的基孤子相干加强而使频谱展宽形成超连续谱,同时两个色散波上出现了干涉引起的振荡现象.进一步对比三种结构的光子晶体光纤中超连续谱的特点,定量分析了两色散波对超连续谱的限制作用,阐述了结构参量对超连续谱的影响.基于上述结论,结合对色散波的中心波长与光子晶体光纤的色散曲线、结构参量之间关系的分析,提出了设计光子晶体光纤的结构来控制超连续谱的方法.作为例证,通过优化光子晶体光纤结构理论上实现了频谱分量覆盖可见光区的平坦超连续谱.     

Design of a Photonic Crystal Fiber with Zero Dispersion Wavelength Near 0.65 μm

The zero dispersion point of an index-guided photonic crystal fiber with triangular lattice of air holes has been shifted to 0.65 μm by varying the diameter of air hole of different rings. Using FDTD method, we have estimated group velocity dispersion, effective refractive index, the fiber parameter, and the mode field of the fundamental mode. It has been realized that the value of zero dispersion point is mainly decided by the air holes of the first ring. This fiber can be used for biomedical application, spectroscopy, and supercontinuum generation.     

Ge30Sb8Se62硫系玻璃的制备及其10.6μm低损耗空芯光子带隙光纤的设计

硫系玻璃光子晶体光纤在中远红外激光传输领域具有广阔的应用前景。制备了红外波段具有优良透过特性的Ge30Sb8Se62硫系玻璃,并以此为基质材料设计了一种适合于高功率中红外激光传输的带隙型光子晶体光纤。利用平面波展开法和有限元法分析了不同结构下该光纤的光子带隙、模场面积和限制损耗特性。通过优化光纤的结构参数,获得了在10.6μm处限制损耗小于0.1dB/m的大模场(模场面积大于100μm2)光子晶体光纤。     

飞秒激光在光子晶体光纤中产生超连续光谱机制的实验研究

报道了利用零色散在780nm处的光子晶体光纤与纳焦耳量级的飞秒激光脉冲相互作用的实验结果.实验使用35fs，中心波长810—840nm，单脉冲能量可达14nJ的飞秒激光光源获得了超过一个倍频程的平坦超连续光谱（500—1100nm）.在不同功率、不同中心波长、不同啁啾和有无直流成分的多种飞秒脉冲激光的条件下，研究了超连续光谱的产生情况.并对一系列现象进行了对比，分析了超连续光谱产生的机制. 关键词： 光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续光谱     

采用保偏光子晶体光纤在1.6μm区域产生超连续谱

报道了利用保偏光子晶体光纤在1.6 μm区域产生超连续谱.通过将光参量放大器产生的中心波长为1.5938 μm、重复频率为250 kHz、脉冲宽度为250 fs的光脉冲耦合进纤芯直径为2.0 μm、长度为0.2 m的保偏光子晶体光纤,获得了1.6 μm区域的光谱展宽,展宽的光谱带宽为45.8 nm (1.5892~1.6350 μm).     

Bright spatially coherent wavelength-tunable deep-UV laser source using an Ar-filled photonic crystal fiber

We report on the spectral broadening of ~1 μJ 30 fs pulses propagating in an Ar-filled hollow-core photonic crystal fiber. In contrast with supercontinuum generation in a solid-core photonic crystal fiber, the absence of Raman and unique pressure-controlled dispersion results in efficient emission of dispersive waves in the deep-UV region. The UV light emerges in the single-lobed fundamental mode and is tunable from 200 to 320 nm by varying the pulse energy and gas pressure. The setup is extremely simple, involving <1 m of a gas-filled photonic crystal fiber, and the UV signal is stable and bright, with experimental IR to deep-UV conversion efficiencies as high as 8%. The source is of immediate interest in applications demanding high spatial coherence, such as laser lithography or confocal microscopy.     

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.     

Coupling characteristics of high birefringence dual-core As2S3 rectangular lattice photonic crystal fiber

A type of As2S3 chalcogenide glass mid-infrared dual-core photonic crystal fiber has been proposed.The dualcore photonic crystal fiber(PCF) consists of two asymmetric cores.The high polarization property and the coupling characteristics have been studied by using the finite element method and mode coupling theory.Numerical results show that the birefringence at wavelength λ = 10 μm is up to 0.01386 and the coupling length can reach wavelength λ = 5 μm,261 μm and 271.44 μm for x-polarized mode and y-polarized mode,respectively.It demonstrates that a 6.786-mm-long fiber can exhibit an extinction ratio of better than 10 dB and a bandwidth of 180 nm.