Supercontinuum generation in visible to mid-infrared region in square-lattice photonic crystal fiber made from highly nonlinear glasses

Square-lattice microstructure geometry of photonic crystal fibers made with high nonlinearity non-silica glass composition material as well as fused silica glass are studied here for modal propagation, dispersion analysis and supercontinuum generation. Our investigation of nonlinear propagation of low threshold power femtosecond pulse aims at generating supercontinuum in the near and mid infrared region using these highly nonlinear fibers. We performed a series of analyses through varying parameters of square-lattice geometry to map a desired broadband window. We also demonstrate a compact high power broadband source in visible region generated within few centimeter length of the fused silica square-lattice microstructure.     

飞秒泵浦不同锥长微结构光纤超连续谱的产生

对飞秒脉冲泵浦下,不同锥长及锥腰直径的微结构光纤的超连续谱产生进行了实验研究。采用“快速低温拉锥方法”,在保持d/Λ不变的情况下,对实验室自制的空气孔间距Λ=6.53 μm,归一化孔径d/Λ=0.79的微结构光纤进行了拉锥,分别得到6,8,10 mm等不同锥长微结构光纤。理论计算表明,随着锥长变长,锥腰直径变小,锥腰处零色散波长向短波移动：未拉锥及6,8和10 mm锥微结构光纤锥腰处零色散波长分别为1 129,885,806和637 nm。利用中心波长为810 nm,重复频率76 MHz,脉宽120 fs的钛蓝宝石飞秒激光器对拉锥后微结构光纤进行了实验研究：锥长为6 mm时,泵浦光中心波长位于整根光纤的正常色散区,锥腰的零色散点附近,内脉冲拉曼散射和级联四波混频是光谱初始展宽的主要因素。泵浦功率达到450 mW时,在可见波段390～461 nm及红外波段1 134～1 512 nm形成-5 dB的平坦宽带连续光谱。泵浦功率达到500 mW时,出现366～2 450 nm覆盖紫外、可见、近红外、中红外的超连续谱,其光谱红蓝移边缘已经接近实验用微结构光纤的传输带宽。锥长为8 mm、泵浦功率为450 mW时,在群速度匹配和群加速度失配的共同影响下,连续谱蓝移边缘达到366 nm,比6 mm锥时蓝移9 nm;锥长为10 mm时,由于锥腰处零色散点移动到可见光区域,可见区光谱仍能满足相位匹配条件。通过级联四波混频效应,在可见区域实现了频率上转换及光谱蓝移。泵浦光功率达到500 mW时,在382～412 nm得到谱宽仅为30 nm,转换效率达到27.7%的频率上转换。     

飞秒脉冲泵浦光子晶体光纤产生1.3μm区域的光谱展宽

采用OPA产生的中心波长为1.2759 μm、平均输出功率为30 mW、重复频率为250 kHz、脉冲宽度为250 fs的光脉冲作为泵浦源,研究了PCF输出光谱随泵浦焦点与光纤端面的相对移动的光谱演变.在纤芯直径为2.0 μm、长度为1.8 m的光子晶体光纤中获得了近700 nm的光谱展宽,展宽的光谱从1.09 μm到1.79 μm,分析认为是高阶孤子的分裂和四波混频导致的光谱展宽,而在1.4 μm左右的光谱凹陷是由于光纤中OH离子的吸收造成的.PCF输出的光谱可应用在WDM通信和光互连网的超短脉冲多通道光源中.     

色散平坦渐减光纤中抽运残余成分的抑制与平坦超连续谱的产生

基于广义非线性薛定谔方程,通过数值模拟研究了色散平坦渐减光纤中抽运残余成分的抑制.研究结果表明:超连续谱的形状由输入孤子阶数N、归一化二次色散系数△2和归一化有效光纤长度ξ0决定.对于给定N和给定△2值的抽运脉冲,超连续谱的形状依赖于ξ0.通过合适地选取ξ0,抽运残余成分可以被有效地抑制并获光谱平坦度令人满意的超连续谱.为了获得参量ξ0的最优值,引入了S因子评价超连续谱的波动.S因子值越小,所产生的超连续谱越平坦.保持N和△2不变,计算了ξ0取不同值时,所产生的超连续谱的S因子.当S因子达到最小值时,抽运残余成分被抑制到最大限度,并获得最平坦的超连续谱,相应的ξ0值即为归一化参量ξ0的最优值.计算了N在1.0～2.2范围内,ξ0的最优值.结果显示当N降低时,ξ0的最优值增大.为产生具有弱残余抽运成分的超连续谱,抽运脉冲采用低阶孤子要优于高阶孤子.     

色散平坦渐减光纤中交叉相位调制对超连续谱产生的增强效应

研究了在色散平坦渐减光纤中,交叉相位调制效应对光脉冲的传输以及超连续谱产生的影响.研究结果表明,交叉相位调制效应对超连续谱的产生起到增强的作用,提高了超连续谱产生的效率.在一定条件下,尽管脉冲的两个偏振分量的模式折射率不同,但由于交叉相位调制效应,它们能相互俘获并以共同的群速度传输,产生自捕获现象.     

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.     

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.