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.     

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     

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.     

双折射光子晶体光纤中超连续谱产生的实验研究

研究了30 fs激光在双折射光子晶体光纤中传输时,泵浦光功率和偏振态对超连续谱产生的影响。实验结果表明:随着泵浦光功率增加,光谱宽度显著增加,出现红移的光孤子和蓝移的色散波;当泵浦光的偏振态分别平行于光子晶体光纤长轴和短轴时,二者都有红移的光孤子和蓝移的色散波,但前者色散波波长更短;当泵浦光偏振态介于长轴与短轴之间,可能在色散波之外出现了交叉相位波,产生的超连续谱最强,且其近场光斑最大且最亮。     

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。     

光子晶体光纤超连续谱产生过程中色散波的孤子俘获研究

基于光子晶体光纤中脉冲演化遵循的非线性薛定谔方程, 用数值模拟的方法分别研究了飞秒脉冲在单零色散点和双零色散点光子晶体光纤中超连续谱的产生和色散波的孤子俘获现象. 结果表明: 与单零色散点光子晶体光纤相比, 双零色散点光子晶体光纤产生的超连续谱既包含了蓝移色散波, 又包含了红移色散波, 且当满足群速度匹配时, 孤子通过四波混频不仅能俘获蓝移色散波, 而且能俘获红移色散波, 从而产生新的俘获波频谱成分. 为了清楚地观察脉冲传输的时频特性, 通过模拟交叉相关频率分辨光学开关技术, 得到了孤子俘获色散波的演化过程. 关键词： 超连续谱 色散波 孤子俘获 光子晶体光纤     

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     

光子晶体光纤中超连续谱产生的蓝移光谱分析

以理论和实验相结合的方法对光子晶体光纤中超连续谱产生的蓝移光谱进行了研究.实验研究了超连续谱蓝移光谱随入射激光的功率的变化,着重分析了光谱在短波方向展宽的机制.结果表明:在入射激光功率较低的情况下,利用包含色散、自相位调制、自变陡及脉冲内拉曼散射效应的非线性薛定谔方程可以准确地分析光谱的展宽情况,理论和实验结果一致;但是,当功率较高时,光谱展宽的蓝移部分理论和实验结果出现差别.因此,在理论和实验的基础上讨论了四波混频及交叉相位调制效应对超连续谱产生的影响,从而为超连续谱在短波方向的展宽提供了很好的实验和理论依据.     

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     

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.     

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.     

具有三个零色散波长的光子晶体光纤中色散波孤子的产生

基于广义非线性薛定谔方程,数值模拟了具有3个零色散波长的光子晶体光纤中孤子的演化过程及其时频特性.结果表明,由于第2个反常色散区的存在,不仅在正常色散区得到了相位匹配的蓝移和红移色散波,还在低频反常色散区得到了高强度的色散波孤子,而且此孤子在高频正常色散区进一步辐射出了蓝移色散波.     

1040nm泵浦的光子晶体光纤超连续光谱产生性能退化研究

光子晶体光纤已经被广泛应用于由飞秒脉冲激光源产生超连续光谱。当激光源的重复频率较低时,由光子晶体光纤产生的超连续光谱随时间的变化过程较为缓慢,通常不被注意到。而在天文光谱仪定标等应用中,需要使用GHz至几十GHz量级的高重复频率激光源。此时,可观察到光子晶体光纤的超连续光谱产生性能在有限时间内产生显著的退化。在1 040 nm飞秒激光泵浦条件下,通过测试三种不同气孔占空比的光子晶体光纤的超连续光谱产生性能演化,发现超连续光谱的退化进程随光纤气孔占空比的增大而加速。观察发生光谱退化后的光子晶体光纤样品,发现在光纤上超连续光被产生的区段出现多个不同颜色的亮点,呈现有方向性的光泄露现象。针对光泄露现象,通过测量光纤的吸收光谱线,证实了实验中超连续光谱退化的主因并非是光纤熔融石英材料中大量非桥氧色心产生。针对光泄露具有方向性这一特征,提出了经由多光子吸收作用在光纤纤芯中形成长周期光栅的理论。为探究影响光子晶体光纤超连续光谱产生性能的退化的因素,以达到光谱退化抑制的目的,首先通过改变了光纤的拉锥参数,期望增强光纤熔融石英材料的光子耐受性。实验结果证实了该方法的有效性较为有限。其次,从保持激光源的平均功率,降低激光脉冲的峰值功率和保持激光脉冲的峰值功率,降低激光源平均功率两个方面入手,对激光源进行调制。实验结果证明,光纤单位时间内接受的高峰值功率脉冲总量是影响其超连续光谱产生性能的最重要因素。在天文光谱仪定标的应用中,对超连续光谱光功率的需求并不高,使用斩波器降低光子晶体光纤入射光的平均功率是减缓超连续光谱产生性能退化过程的有效且简单可行的方法。     

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。     

光子晶体光纤四波混频光谱中相位匹配特性的研究

与传统光纤不同,光子晶体光纤可以具有多个零色散波长,在四波混频光谱中,具有更丰富的相位匹配特性。目前很多文献报道了光子晶体光纤非线性光学特性的实验结果,但对其产生机理及光谱的变化规律缺乏详细的理论分析。为此对光纤中四波混频原理进行了分析,给出了高增益的相位匹配条件。利用多极法计算了光子晶体光纤的非线性系数及色散特性。对具有多个零色散波长光子晶体光纤的相位失配特性进行了分析,得到了相位匹配波长随泵浦波长及泵浦功率的变化规律。给出了相位匹配曲线,分析了不同色散曲线的相位匹配波长特点,两个零色散波长光子晶体光纤,在四波混频光谱中将激发出四个新的波长。实验得到了两个零色散波长光子晶体光纤的四波混频光谱,与理论分析一致,验证了相位匹配理论的可靠性。多个零色散波长光纤,能产生丰富的相位匹配曲线,会出现更多的四波混频波长,可以有效的控制光孤子及超短脉冲的四波混频及共振散射产生的光谱特性。为光子晶体光纤中基于四波混频的波长变换及超连续谱的研究提供了理论指导。     

纳米光纤中超连续谱的研究

利用分步傅里叶变换法对飞秒激光脉冲在纳米光纤中产生超连续谱的过程进行了数值模拟,分析了纳米光纤直径、输入脉冲的峰值功率以及脉冲宽度等对纳米光纤中超连续谱产生的影响。通过模拟分析发现：输入脉冲脉宽越窄,光谱展宽越为明显;输入脉冲峰值功率越高,超连续谱(SC)过程越明显;当输入脉冲一定时,纳米光纤的直径与超连续谱的产生有着至关重要的作用：超连续谱的产生与光纤半径并不成线性关系,当输入脉冲的中心波长与纳米光纤的直径相匹配时,超连续谱产生最为明显。以上结论对进一步研究和利用纳米光纤中的超连续谱有着非常重要的意义。     

飞秒脉冲作用下光子晶体光纤超连续谱的产生

采用钛宝石超快fs激光器泵浦2m长光子晶体光纤产生超连续谱,重点研究了不同输入功率下350～959nm波长范围内光谱的演变过程,实验中产生的超连续光谱宽度超过550nm分析表明,内脉冲喇曼散射和孤子自频移在开始阶段对光谱长波方向上的展宽起主要作用,这些新的频率成分与随后光谱向短波方向的拓展有密切关系.     

基于光子晶体光纤的全光波长变换研究

选用具有高非线性系数和非常灵活色散特性的光子晶体光纤(PCF)作为波长变换的媒质,对基于光子晶体光纤四波混频效应的波长变换进行了理论分析,设计实验系统,并进行了实验.实现了中心波长在1 550 nm附近、基于PCF四波混频效应的全光波长变换,最大转换效率－22 dB,转换带宽28 nm.