超短激光脉冲在不同色散参量光子晶体光纤中传输的数值模拟

为了使得数值模拟更为精确,采用广义非线性薛定谔方程(GNSE)描述超短激光脉冲在光子晶体光纤中的传输演化过程,并利用二阶分步傅里叶方法通过求解方程,数值计算了相同脉宽和能量的超短脉冲在不同色散参量的光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生。比较了超短脉冲在光纤不同色散区传输时,高阶色散和非线性效应对超连续谱的产生以及对脉冲波形演化的影响。结果表明,相对于超短脉冲中心波长位于光子晶体光纤的正常和反常色散区,可以相应获得短波波段和长波波段的超连续谱输出,当超短脉冲中心波长位于零色散波长点时,通过色散和非线性效应的联合作用,更易于产生全波长段的平坦超连续谱。     

超短光脉冲在双折射光子晶体光纤中产生超连续谱的偏振特性数值分析

采用矢量耦合非线性薛定谔方程描述了超短光脉冲在双折射光子晶体光纤中的传输过程,并利用分步傅里叶方法求解该方程。数值模拟了中心波长为1550nm的超短光脉冲在不同色散参量的双折射光子晶体光纤中超连续谱的产生及其偏振特性。分析了光纤在不同色散区时,高阶色散和非线性效应对超连续谱及其偏振态的影响。结果表明,当超短光脉冲波长位于近光纤零色散点的反常色散区时,比其在光纤正常色散区和远离光纤零色散点的反常色散区更容易产生宽且平坦的超连续谱,所得到的光谱显示出了复杂的偏振态特性。     

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。     

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     

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     

全波段正常色散光子晶体光纤中超连续谱的产生

设计了一种铅硅酸盐SF57 材料的光子晶体光纤, 利用有限元法数值模拟了该光纤的 色散特性. 研究结果显示在整个透明波段光纤具有正常色散. 利用自适应分布傅里叶法求解非线性薛定谔方程, 对中心波长为1550 nm, 初始脉宽为150 fs 的脉冲在该光纤中传输进行了模拟, 获得了关于入射脉冲中心波长对称的展宽范围超过了600 nm 的超平坦连续光谱, 并且光谱具有极其稳定和 相干的特性. 关键词： 光子晶体光纤 超连续谱产生 正常色散     

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.     

双零色散光子晶体光纤中可见光超连续谱的产生

在掺镱锁模光纤激光器发出的皮秒脉冲的抽运下,本文报道了双零色散的多芯光子晶体光纤中可见光超连续谱的产生.这种光子晶体光纤的类似同轴双芯结构提供了相隔很近的双零色散点.第二个零色散波长的存在阻止了反常色散区内的由脉冲内拉曼散射引起的孤子的频移,形成了稳态孤子,在短波长和长波长方向上的正常色散区均产生了可观的色散波.在2 W的平均功率下得到了550 nm到1700 nm的超连续谱.此外,光纤的同轴双芯特性也导致了入射脉冲的模式转换.实验结果和数值计算十分符合.     

凹形色散分布光纤中超连续谱特性分析

比较了在不同色散分布的色散渐减光纤中超连续（SC）谱的产生。结果表明,当光纤的色散值关于中心波长对称、且随着传输距离增加,经由反常色散区过渡到正常色散区的、凹形色散分布的色散渐减光纤更有利于产生平坦、带宽的超连续谱。从频域的全场方程出发,模拟了脉冲在光纤中的传输情形,发现脉冲在凹形色散分布的光纤中传输时,不仅在反常色散区能更大程度被压缩,在正常色散区由于存在零色散波长点,还能更进一步展宽,从而得到更宽、更平坦的超连续谱。在谱强为-27dB时,谱宽可达到298nm,比相同情况下的凸形色散的光纤中超连续谱增宽97nm。结果显示,凹形色散分布的光纤比凸形色散分布的光纤在超连续谱的产生上有更明显的优势,可以得到更宽的超连续谱。     

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.     

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.     

光纤色散对超连续谱产生的影响

对1550nm波长附近具有不同色散特性的光纤产生超连续谱进行了详细的计算和分析。结果表明，在反常色散区和零散区，由于内脉冲拉曼散射效应和三阶色散效应的影响，不能产生平坦、宽带的超连续谱。而在正常色散区，可以产生平坦光滑的超连续谱。进一步研究表明，具有较小正常色散的色散平坦光纤对于产生平坦、宽带的超连续谱极为有效。通过增强脉冲抽运功率，可以得到谱强起伏小于10dB、带宽达300nm以上的平坦超宽超连续谱。     

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     

色散位移光纤反常色散区平坦超宽超连续谱的产生

采用一种在色散位移光纤反常色散区产生平坦超宽超连续谱的方法。利用数值计算对色散位移光纤反常色散区高阶孤子压缩效应产生超连续谱展开了全面、深入的研究。结果表明,在色散位移光纤的反常色散区色散斜率(三阶色散)对超连续谱的形成起着决定性的作用;进一步研究表明,抽运脉冲的峰值功率及脉宽对超连续谱的谱宽和平坦度都有着重要影响,而高阶非线性效应对超连续谱产生没有显著影响。综合考虑以上因素,超续谱的谱宽和平坦度可以获得最大的优化。     

Generation of a compact high-power high-efficiency normal-dispersion pumping supercontinuum in silica photonic crystal fiber pumped with a 1064-nm picosecond pulse

Broadband normal dispersion pumping supercontinuum （SC） generation in silica photonic crystal fiber （PCF） is investigated in this paper. A 1064-nm picosecond fiber laser is used to pump silica PCF for the SC generation. The length of PCF is optimized for the most efficient stimulated Raman scattering process in the picosecond pump pulse region. The first stimulated Raman Stokes peak is located in the anomalous dispersion regime of the PCF and near the zero dispersion wavelength; thus the SC generation process can benefit from both a normal dispersion pumping scheme and an anomalous dispersion pumping scheme. The 51.7-W SC spanning from about 700 nm to beyond 1700 nm is generated with an all-fiber configuration, and the pump-to-SC conversion efficiency is up to 90%. In order to avoid the output fiber end face damage and increase the stability of the system, an improved output solution for the high power SC is proposed in our experiment. This high-efficiency near-infrared SC source is very suitable for applications in which average output power and spectral power density are firstly desirable.     

Role of dispersion profile in controlling emission of dispersive waves by solitons in supercontinuum generation

We study the supercontinuum process in optical fibers numerically for a variety of dispersion profiles to investigate how a specific dispersion profile controls the emission of dispersive waves. We conclude that the number of zero-dispersion points in the dispersion profile of a fiber is an excellent predictor of the dispersive-wave peaks when it is pumped with femtosecond pulses in the anomalous dispersion regime. Our study reveals that two or more such peaks can form on the same side of the input wavelength in specially designed and practically achievable dispersion profiles. We show that dispersive waves are emitted even in the case of normal dispersion where soliton fission does not occur. We suggest that a phenomenon related to soliton spectral tunneling is responsible for this radiation. Distinct dispersive peaks may also appear when an optical pulse, launched in the normal dispersion region, later begins to propagate in the anomalous dispersion regime because of its spectral broadening. Several dispersion profiles are numerically employed to show how the soliton fission process creates non-solitonic radiation even under normal dispersion pumping. A time-domain picture clearly shows this radiation when the conventional phase matching condition is satisfied. We also propose a realistic photonic crystal fiber with a dispersion profile that supports dispersive-wave generation in the normal-dispersion region. Our study should prove useful for experiments designed to control the generation of blue light by launching femtosecond pulses into optical fibers.     

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

采用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非线性传输和超连续谱的产生. 计算和分析了高阶色散和非线性效应对超连续谱形状和带宽的影响. 结果表明在光子晶体光纤中产生了孤子自频移现象. 同时也发现脉冲内拉曼散射和自相位调制的联合作用导致了超连续谱中精细结构的出现. 另外，还发现高阶色散和初始光脉冲的峰值功率对超连续谱的带宽和平滑也有直接影响. 关键词： 光子晶体光纤 孤子自频移 超连续谱