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。     

基于光子晶体光纤的百瓦量级超连续谱光源研究

采用脉冲重复频率可调的高功率皮秒脉冲光纤激 光抽运光子晶体光纤产生了平均输出功率为101 W的全 光纤化超连续谱. 通过一系列的对比实验, 详细研究了抽运激光的脉冲重复频率以及光子晶体光纤的长度对超连续谱产生的影响. 最后, 对如何实现更高平均功率的超连续谱输出进行相关的分析和讨论. 相关研究结果可以为进一步发展基于光子晶体光纤的高功率超连续谱光源提供一定的参考. 关键词： 光子晶体光纤 非线性光纤光学 超连续谱产生     

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.     

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.     

反常色散锥形微结构光纤中高效率脉冲压缩研究

设计了一种沿光纤轴向线性变化的锥形微结构光纤,该光纤在1.55 μm波长处具有反常色散.利用自适应分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,对中心波长为1.55 μm、初始脉宽为1 ps的脉冲在锥形微结构光纤中的传输进行了模拟,利用1 m长的锥形微结构光纤实现了光脉冲的高效压缩,获得了压缩因子为56.9、品质因子为27的脉冲压缩效果.从脉冲在光纤中的演化发现,在反常色散区基于非线性渐增、色散渐减的锥形微结构光纤有利于实现脉冲的高效率压缩.与普通非线性光子晶体光纤相比,锥形微结构光纤粗端具有较大的有效模式面积,这     

新型全光纤高能量飞秒光脉冲源的数值模拟

数值模拟了自相似脉冲的产生与压缩,得到一种产生高能量飞秒光脉冲的新方法.结果表明:利用掺铒光纤对光脉冲进行自相似传输,可得到含线性频率啁啾的高能量自相似光脉冲;自相似光脉冲经过空芯光子带隙光纤的一级线性压缩和高非线性光纤的二级非线性压缩,可获得高峰值功率的飞秒光脉冲;压缩过程中存在最佳光纤长度;喇曼自频移和自陡效应对脉冲压缩产生不利影响.     

基于纤芯折射率增强的高双折射光子晶体光纤

通过增加光纤纤芯区域折射率实现了一种高双折射光子晶体光纤.采用全矢量有限元和平面波展开方法,系统地研究了这种高双折射光子晶体光纤在不同的高折射率区域参数(比如区域形状、折射率)情况下的光纤特性.模拟结果表明,光子晶体光纤的双折射可以在优化的参数条件下获得很大提高,光子晶体光纤的非线性系数(连同双折射)也可以同时得到提高.     

光子晶体光纤中受激布里渊散射慢光研究

基于受激布里渊散射的慢光在全光通信中具有重要的应用前景。传统的光纤作为慢光介质,具有较低的延迟效率,对光纤长度和抽运功率要求较高,而高非线性光子晶体光纤作为慢光介质应用于慢光系统,可以提高系统的延迟效率。实验选用一段70m长的高非线性光子晶体光纤作为慢光介质,在抽运功率101mW情况下,50ns脉冲信号获得了33dB的布里渊增益,脉冲延迟了30ns,延迟效率达到了0.0046ns/(mW.m),是普通单模光纤的13.7倍。该光纤应用于受激布里渊散射慢光系统可以有效缩短光纤长度和降低对抽运功率的要求,具有潜在的应用前景。     

基于光子晶体光纤关联光子对频谱特性的研究

为了研究光子品体光纤在800 nm波段关联光子对的频谱特性.基于自发四波混频得到了脉冲抽运光产生的光子对的相位匹配函数和频谱甬数.数值计算、证明闲频光中心波长取796 nm时的频谱对称性最好;在假设闲频光频率为单一频率的前提下,利用简化频谱函数的表达式,通过改变光子晶体光纤零色散点色散斜率和非线性系数,以及抽运光的入射中心波长,进一步讨论了抽运光和光子晶体光纤参数变化对信号光和闲频光频谱函数的影响及变化规律.提出了有利于产生高纯度纠缠光子对的光纤参数和抽运光参数,结果对于在800 nm波段发展光子晶体光纤纠缠光子源的实验具有指导和参考意义.     

基于高非线性微结构光纤环镜的脉冲压缩与基座抑制

提出了利用一种高非线性微结构光纤构成非线性光纤环镜（NOLM）进行脉冲压缩和基座抑制的方案.所提出的微结构光纤具有高非线性系数和大反常色散.理论研究了基于这种微结构光纤的NOLM对脉冲的压缩效应，并分析了压缩的机制.数值结果表明，这种NOLM采用较短的光纤长度就能有效地压缩脉冲并明显抑制了基座.对于给定的输入脉冲，存在一个最优的环路长度，可以获得高质量的压缩脉冲.通过适当选择耦合比和环路长度，则可以完全消除脉冲的基座.     

基于光子晶体光纤中脉冲俘获的超高速光开关

提出一种基于光子晶体光纤中脉冲俘获现象的超高速全光开关.信号脉冲处于正常色散区,它们彼此的时域间隔为1 ps.通过数值求解光子晶体光纤中脉冲传播满足的耦合非线性薛定谔方程,发现用孤子脉冲可俘获信号脉冲串中的任何一个脉冲,被俘获的信号脉冲的中心波长明显蓝移,在频域上和其他信号脉冲分离开来,于是让信号脉冲串在输出端通过布喇格光纤光栅,被俘获的信号脉冲将被过滤掉.数值模拟表明,用脉冲俘获实现的光开关响应速率可以达到1 THz.     

色散补偿和色散位移光纤实现光脉冲压缩

根据超短光脉冲在光纤中传输的非线性薛定谔方程，模拟了不同色散参量情况下色散补偿和色散位移光纤对增益开关半导体激光器产生的光脉冲的压缩，给出了光脉冲在经过色散补偿光纤前后的啁啾曲线。结果表明，使用色散参量D分别为-150，-180和-20ps/(nm·km)的色散补偿光纤可以实现其他脉冲压缩方法的压缩效果，最大压缩因子达到6.09，但色散参量越大，所需光纤长度就越短。此外，脉冲经过色散补偿光纤后线性啁啾几乎为零。还利用色散位移光纤对脉冲进行孤子压缩，脉冲宽度由最初的45ps减小到1.23ps。指出采用这2种光纤相结合的方法可以对光脉冲实现高效压缩。     

三角形光脉冲在正色散光纤中产生的实验研究

利用一种无源非线性脉冲整形方法, 实现了在普通正色散(ND)光纤中产生三角形光脉冲, 此方法依赖于脉冲预啁啾和脉冲在ND光纤中传输时群速度色散与自相位调制的相互作用. 实验研究表明, 在较宽的脉冲预啁啾值范围内, 通过优化脉冲输入功率和脉冲传输的ND光纤长度, 均可得到典型的三角形光脉冲: 脉冲时域形状前后沿的变化率接近恒定、整个脉冲具有线性频率啁啾. 另外, 在不同的脉冲预啁啾下, 要得到高质量的三角形光脉冲, 均需要较高的脉冲输入功率; 并且脉冲预啁啾较大时, 三角形脉冲的形成对ND光纤长度和脉冲输入功率有较大的容差, 易获得三角形光脉冲.     

基于高非线性微结构光纤的全光再生研究

提出了利用高非线性微结构光纤自相位调制效应进行全光再生的研究方案。分析了一组微结构光纤的色散和非线性特性。结果显示光纤的非线性系数与光纤结构有密切关系。通过减小有效模面积,可以提高光纤的非线性系数。采用一种高空气填充比的高非线性微结构光纤作为非线性介质,进行了基于自相位调制效应的全光再生研究。结果表明,由于微结构光纤的高非线性,采用较短的光纤长度就可以实现较好的再生效果。同时,输入微结构光纤的峰值功率、滤波器的参量选择对光再生的效果有重要的影响,它们必需满足一定要求,才能实现光再生。此外,对再生器的传输特性进行了研究。通过调整输入峰值功率和滤波器的参量,可以对不同宽度的光脉冲信号进行全光再生。     

基于单模光纤的交叉相位调制型频率分辨光学开关超短脉冲测量

利用单模光纤中的光弹效应和交叉相位调制(XPM)效应,提出了一种频率分辨光学开关法测量超短脉冲的新方案.在本方案中,单模光纤的前一部分产生可变延迟,后一部分作为非线性介质产生非线性效应.该方案只需一根单模光纤,无须复杂的光路校准,结构简单,损耗低;光纤中的XPM效应易发生,无须相位匹配.对提出的方案进行了数值模拟,采用基于矩阵的主元素广义投影算法,恢复出待测脉冲的幅度和相位信息,并研究了光纤长度和待测超短脉冲的脉冲宽度对测量结果的影响.结果表明:测量准确度随着光纤长度的增加而提高,选取长度为2 km的光纤,就可以实现对超短脉冲的准确测量;本文方案适用于脉冲宽度不小于80 fs的超短光脉冲的测量.     

Coherence of supercontinua generated by ultrashort pulses compressed in optical fibers

Femtosecond fiber lasers together with nonlinear fibers are compact, reliable, all-fiber supercontinuum sources. Maintaining an all-fiber configuration, however, necessitates pulse compression in an optical fiber, which can lead to nonlinearities for subhundred femtosecond, nanojoule pulses. In this work we show that using large-mode-area fibers for pulse compression mitigates the nonlinearity, resulting in compressed pulses with significantly reduced satellite pulses. Consequently, supercontinua generated with these pulses are shown to have as much as a 10 dB increase in coherence fringe contrast. By using a hybrid highly nonlinear fiber-photonic crystal fiber, the continuum can be extended to visible wavelengths while still maintaining high coherence.