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。     

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。     

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.     

中红外超连续谱在氟化物光纤中的产生

为获得高功率全光纤中红外超连续谱,采用自制的掺Er锁模光纤激光器作为种子源,激光经过两级放大至1.67W,泵浦氟化物光纤,获得光谱覆盖1000~2400nm的超连续光谱;光谱宽度随着泵浦功率的增加而展宽,当输出功率达到1.21W时,转换效率为72%,并且产生的超连续谱被强烈的调制,在多个波长点处谱功率密度调制到0mW/nm,但调制波长与泵浦功率无关。     

多孔微结构光纤中飞秒激光脉冲超连续谱的产生

报道了利用800nm飞秒激光脉冲在多孔微结构光纤中产生超连续谱展宽的现象，连续谱展宽范围为440—890nm.基于标量波近似理论对微结构光纤包层的有效折射率和基模的有效面积以及光纤的色散特性进行了计算，发现微结构光纤具有特殊的控制色散和波导特性的能力，对超连续谱展宽的机理进行了初步解释.本文的理论分析和实验结果有较好的一致性，认为即使包层由无序填充气线组成的多孔微结构光纤也可以出现超连续谱展宽效应. 关键词： 多孔微结构光纤 超连续谱 有效折射率 色散     

飞秒脉冲抽运掺镱微结构光纤产生超连续谱的实验研究

本文利用钛蓝宝石飞秒激光器抽运自制的掺镱微结构光纤,对微结构光纤中的非线性效应及超连续谱产生机理进行了实验研究.研究发现,当抽运光偏离Yb~(3+)吸收最高峰85 nm时,仍具有较高的发光效率.在飞秒脉冲抽运下,位于反常色散区的发射光首先被位于正常色散区的抽运光激发、放大并俘获,然后演化为超短脉冲,随后在微结构光纤中产生非线性效应.微结构光纤1发射光位于零色散波长附近,产生基阶孤子并在拉曼作用下红移,微结构光纤2发射光位于距离零色散波长较远的反常色散区,产生高阶孤子分裂效应形成超连续谱,但是1380 nm处的OH-吸收限制了超连续谱的进一步展宽.忽略抽运光耦合效率、微结构光纤损耗等因素的影响,输出光谱中超连续谱的产生效率最高可以达到98%以上,意味着几乎所有的残余抽运光和发射光均展宽为超连续谱.在0.50 m长的微结构光纤中,获得了较高的波长转换效率和较宽的超连续谱.通过拉锥处理,零色散波长发生蓝移,最终产生的超连续谱相在短波处范围展宽,而在长波处范围缩短.因此利用钛蓝宝石飞秒激光器抽运Yb~(3+)掺杂微结构光纤,可以获得可调谐的超连续谱.     

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.     

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.     

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.     

基于100 m色散位移光纤的超连续谱实验研究

利用被动锁模掺铒光纤激光器输出的重复频率13.9 MHz、中心波长1557.28 nm的光脉冲作泵浦源,在100 m的色散位移光纤中产生总宽度达488 nm的超连续谱,不平坦度小于±3.0 dB,利用法布里-珀罗滤波器获得163路多波长脉冲,利用可调谐滤波器得到C波段内脉宽为1.2～2.0 ps的近变换限超短光脉冲.分析了泵浦脉冲的功率、光纤长度等因素对SC光谱展宽的作用,并与色散平坦光纤和较长的色散位移光纤作了比较.     

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     

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.     

High stability supercontinuum generation in lead silicate SF57 photonic crystal fibers

We report supercontinuum (SC) generation in a lead silicate SF57 photonic crystal fiber by using a 1550 nm pump source. The effective nonlinear coefficient of the SF57 fiber is simulated to be 111.5 W-1 ·km-1 at 1550 nm. The fiber also shows ultraflat dispersion from 1700 nm to 2100 nm. Our results reveal that with an increase of the average power of the incident pulse from 10 mW to 90 mW, the SC of the SF57 photonic crystal fiber is generated from 1300 nm to 1900 nm with high stability and without significant change in spectral broadening.     

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     

七芯光子晶体光纤中百瓦量级超连续谱的产生

采用平均功率为141.6 W的皮秒光纤激光泵浦一段国产七芯光子晶体光纤,获得了平均功率为104.2 W、连续光谱覆盖范围从750至1700 nm以上的超连续谱输出.详细研究了超连续光谱随泵浦功率增加的演变过程,并对基于该七芯光子晶体光纤的超连续谱光源的光谱拓展和功率提升潜力进行相关的分析和讨论.该研究结果对高功率超连续谱光源的发展具有一定的参考价值.     

Supercontinuum generation in single crystal sapphire fibers

In this paper, we report supercontinuum generation by launching ultra-short femtosecond laser pulses into single crystal sapphire fibers. The major advantages of using sapphire fiber for supercontinuum generation are: (1) high transparency up to 5 μm, (2) low material dispersion in the 0.8-5 μm spectral range, and (3) a higher laser damage threshold (500 times higher than that of silica). Thus, a very high power, super broadband [from visible to middle IR (up to 5 μm)], supercontinuum source can be realized by employing sapphire fiber for supercontinuum generation. Our experimental results also confirm that sapphire fiber can offer a broader supercontinuum spectrum than that of bulk sapphire counterpart under the same exciting conditions. This work opens the door to new opportunities in generating high power supercontinuum radiation (in particular, at the middle-IR regime), and will have a great impact on many applications, including sensing and broadband multi-spectrum free space communications.     

V型高双折射光子晶体光纤超连续谱产生的实验研究

高非线性高双折射光子晶体光纤是超连续谱产生的最有效介质之一, 因此本文选取V型光子晶体光纤作为研究对象. 通过多极理论数值模拟的结果, 确定V型光纤具有高双折射、高非线性等特性. 通过实验手段, 发现入射光中心波长和光纤的双折射效应对产生的超连续谱有很大的影响: 当入射光波长处于光子晶体光纤大的反常色散区时, 脉冲相对展得比较宽, 长轴要比短轴方向的超连续谱更宽, 频谱成分更加丰富. 在同一波长下光偏振方向越接近45°时, 超连续谱谱宽范围越大. 随着入射脉冲功率的增加, 超连续谱展得越宽, 但是当功率比较大时会达到功率饱和. 关键词： 光子晶体光纤 高双折射 多极理论 超连续谱     

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.