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     

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.     

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.     

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     

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。     

双零色散光子晶体光纤中可见及红外宽带高效色散波

利用Ti宝石激光器生成的飞秒激光脉冲入射高非线性双零色散光子晶体光纤,进行非线性光谱实验.抽运脉冲的中心波长为800nm,位于接近零色散点的反常色散区,在正常色散区观测到双零色散光子晶体光纤产生的超宽带连续光谱输出,相对于单零色散光子晶体光纤,转换效率更高、谱带稳定而平滑,不仅获得了高效宽带蓝移色散波,还获得了长波段正常色散区的宽带红移色散波.实验结果与理论分析的相位匹配条件一致,阐明了色散波产生的物理机理.随泵浦功率的增大,长波段红移色散波发生明显红移,可见波段蓝移色散波强度显著增长,当泵浦功率为0.68 W时,泵浦光几乎全部转化,蓝移色散波与残余泵浦的输出功率之比大于257∶1,光谱转换效率极高,达到99.6%以上.蓝移色散波的宽带达到了309nm,近红外波段的红移色散波与孤子波相连,形成超连续谱,带宽可达628nm.实验结果对超短脉冲激光频率转换和宽带光源的研究具有参考价值.     

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。     

飞秒光脉冲在光子晶体光纤不同色散区产生超连续谱的数值分析

采用预测校正分步傅里叶方法数值模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱产生,分析了初始光脉冲的中心波长、峰值功率和光纤长度在光子晶体光纤正、反常色散区对超连续谱形状和带宽的影响。结果表明,当初始光脉冲的中心波长在光纤的反常色散区时,产生的超连续谱宽要远宽于正常色散区,但是光谱的平坦性较差;当光脉冲中心波长在靠近零色散波长的反常色散区且其他脉冲参数不变的情况下,存在一个产生宽且平坦的超连续谱的最佳峰值功率和最佳光纤长度。对于超连续谱系统的优化设计与实际应用具有参考意义。     

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.     

基于全正色散光子晶体光纤的超连续谱光源

利用预估校正分步傅里叶法数值求解非线性薛定谔方程, 模拟超短激光脉冲在全正色散光子晶体光纤中传输时的演化情况, 分析了不同脉宽和能量的脉冲对产生的超连续谱的影响. 结果表明: 无啁啾高斯脉冲在此全正色散光子晶体光纤中传输时, 始终保持单个脉冲特性, 提高脉冲峰值功率可进一步展宽获得的超连续谱.模拟结果同时表明, 利用中心波长为1060 nm, 脉宽和能量分别为50 fs, 15 nJ的脉冲抽运此光纤, 当传输12 cm 后便可获得具有较好的光谱连续性和光谱平坦度的超连续谱. 进一步模拟结果表明, 采用棱镜对对其进行脉冲压缩, 可获得脉宽约15 fs, 谱宽约700 nm的理想超连续谱光源. 关键词： 超连续谱 光子晶体光纤 全正色散     

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     

Tapering photonic crystal fibres for supercontinuum generation with nanosecond pulses at 532 nm

Experimental results on supercontinuum generation in photonic crystal fibre tapers using pump pulses of 7 ns duration at 532 nm are presented. Photonic crystal fibre tapers with the first wavelength of zero dispersion around 532 nm were fabricated. The generation of supercontinuum was investigated in normal and anomalous dispersion regimes. Supercontinuum spectra spanning more than 400 nm in the visible region are reported.     

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.     

20 W all fiber supercontinuum generation from picosecond MOPA pumped photonic crystal fiber

An all fiber high power supercontinuum (SC) source is demonstrated by pumping a section of photonic crystal fiber (PCF) with a picosecond MOPA laser. The core of the PCF is enlarged at the input end through a serious of PCF post processing method to match the output fiber of the picosecond laser, to ensure low loss splicing, hence high power operation of the whole system. The supercontinuum output spectrum covers the wavelength range from 650 nm to beyond 1700 nm. Limited by available pump power, 20 W super-continuum output power is obtained under 29.5 W picosecond pump power, giving a high optical to optical conversion efficiency of 67.8%.     

激光泵浦碲化物产生中红外超连续谱数值模拟

对2 m波段脉冲激光泵浦碲化物光子晶体光纤产生中红外超连续谱进行了数值研究。通过材料的拉曼增益谱间接求得了对应的拉曼响应函数;由光子晶体光纤的材料折射率和波导结构,通过COMSOL软件获得了碲化物光子晶体光纤中基模等效折射率,计算了相应的色散曲线和限制损耗 ;利用自适应的分步傅里叶算法,模拟了中心波长为1.96m、峰值功率为20 kW的50 fs脉冲光泵浦碲化物光子晶体光纤时超连续谱的产生,当光纤长度为6 cm时,产生的中红外超连续谱波长范围为1.0~4.5 m。     

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     

67.9W高功率全光纤白光超连续谱激光器

利用自主研发的全光纤被动锁模激光器以及高功率光纤模场匹配器,将145 W的皮秒脉冲耦合进国产光子晶体光纤,实现了67.9 W的高功率全光纤结构白光超连续谱输出,光谱范围为500~1700nm,10dB光谱宽度大于1000nm(泵浦波长除外)。整个激光器系统的光-光(半导体泵浦源输出激光-超连续谱输出激光)转化效率达到33.8%。     

Different supercontinuum generation processes in photonic crystal fibers pumped with a 1064-nm picosecond pulse

Picosecond pulse pumped supercontinuum generation in photonic crystal fiber is investigated by performing a series of comparative experiments. The main purpose is to investigate the supercontinuum generation processes excited by a given pump source through the experimental study of some specific fibers. A 20-W all-fiber picosecond master oscillator-power amplifier （MOPA） laser is used to pump three different kinds of photonic crystal fibers for supercontinuum generation. Three diverse supercontinuum formation processes are observed to correspond to photonie crystal fibers with distinct dis- persion properties. The experimental results are consistent with the relevant theoretical results. Based on the above analyses, a watt-level broadband white light supercontinuum source spanning from 500 nm to beyond 1700 nm is demonstrated by using a picosecond fiber laser in combination with the matched photonic crystal fiber. The limitation of the group velocity matching curve of the photonic crystal fiber is also discussed in the paper.