光子晶体光纤反常色散区抽运产生超连续谱的相干特性分析

使用复互相干度的定义对超连续谱的相干性进行了数值计算,得到了不同功率抽运情况下的脉冲谱展宽以及超连续谱相干性的变化.结果表明孤子自频移以及色散波辐射是抽运波长位于光纤反常色散区情况下超连续谱展宽的主要物理机理,而超连续谱的相干性则主要受到调制不稳定性的影响.调制不稳定性放大抽运脉冲自身携带的随机噪声,使得非线性效应产生的光谱成分具有随机的相位与幅度,引起超连续谱相干性的下降. 抽运功率越高, 调制不稳定性增益越高,噪声对超连续谱产生的作用越强, 超连续谱的相干性越差.要获得高相干的超连续谱, 需采用峰值功率较小的脉冲进行抽运.要获得大谱宽高相干的超连续谱, 则需要合理选择抽运脉冲功率.     

高非线性光纤正常色散区利用皮秒脉冲产生超连续谱的相干特性

使用复互相干度的定义对时域光波分裂前后以及不同输入噪声、不同初始啁啾和波形下抽运脉冲在高非线性光纤中产生的超连续谱的相干度进行了数值计算,得到了光波分裂前后和不同输入噪声下生成的超连续谱的演化和相干性变化,结果表明:皮秒脉冲在高非线性光纤正常色散区产生超连续谱的相干性主要受到系统中噪声占比的影响,其中由光波分裂生成的频谱旁瓣的相干度低于由自相位调制生成的中心频谱的相干度:抽运脉冲啁啾和波形对在高非线性光纤正常色散区产生超连续谱的相干性的影响不明显,若想获得高相干的超连续谱,需要采用低噪声的脉冲进行抽运;若获得大谱宽高相干度的超连续谱,则需要合理选择皮秒脉冲的功率。     

高相干度超连续谱产生的理论研究

超连续谱的相干性直接影响到很多光学测量器件的分辨率及准确性, 如何获得高相干度的超连续谱是当前非线性光学领域的研究热点之一. 本文首先分析超连续谱产生的机理, 认为调制不稳现象是降低超连续谱相干性的重要因素. 因此抑制调制不稳定性, 利用其他非线性效应(如自相位调制)是得到高相干性超连续谱的有效方法. 最后设计了一种全波段正常色散光子晶体光纤,仿真结果表明, 在脉宽400 fs无啁啾高斯脉冲抽运, 50 cm长该光子晶体光纤的条件下, 产生的超连续谱具有在相对功率大于-80 dB的全波段高度相干的特性.     

基于双波长相干超短脉冲光源的超连续谱产生

提出在1550 nm波段采用双波长相干超短脉冲光源抽运高非线性光纤获得超连续谱。双波长脉冲抽运能够加强光纤中的四波混频和交叉相位调制过程,从而在相同抽运光功率下,可获得宽度远大于单波长脉冲抽运的超连续谱。利用基于脉冲切割器和Mamyshev再生器的25 GHz双波长相干超短脉冲光源,在入纤功率为24.1 d Bm时,获得了130 nm宽度的超连续谱,并进一步证实了所获超连续谱谱线之间的相干性。     

OPA泵浦保偏光子晶体光纤产生超连续谱和非线性特性的研究

采用波长可调光参量放大器作为泵浦源,对保偏光子晶体光纤的超连续谱的产生和非线性特性进行了实验研究.将光参量放大器产生的中心波长为1.27 μm,脉宽约为250 fs,重复频率为250 kHz和单脉冲能量只有92 nJ的光脉冲耦合进0.2 m长的保偏光子晶体光纤,实验中观察到了光谱展宽和非线性效应,在1.3 μm 波长区域获得了谱宽为83 nm (1.2486 ～1.3318 μm)的超连续谱.     

百飞秒级脉宽的宽带超连续谱光源的产生

实现了一种适合于相干拉曼光谱探测的宽带超连续谱光源的方法,使用1 064nm飞秒激光泵浦全正色散光子晶体光纤,并用光栅对对脉冲进行压缩,最终获得了脉宽178fs,频谱范围处于760～1 300nm的超连续谱光源.对超连续谱脉冲的时间频谱结构进行了分析,未经过压缩的超连续谱的脉冲宽度达到1.43ps,不同频率的成分之间延迟较大,但基本上呈线性平滑分布,因此可以使用光栅对进行色散补偿;此外,提高泵浦光的功率虽然能够增加光谱展宽,但会引入高阶色散,并不利于色散补偿.最后,使用该超连续谱搭建的三色相干反斯托克斯拉曼散射光谱探测系统,测量了苯甲腈溶液的相干反斯托克斯拉曼散射信号光谱,同时获得了3 200cm~(-1)范围内的所有振动模式,验证了该超连续光谱的性能.     

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.     

控制场对宽带超连续谱产生的影响

研究了控制场对宽带超连续谱产生的影响,计算表明控制脉冲的波长在1.6±0.2 μm范围内调节时,谐波谱的超连续部分形状几乎没有变化,截止区位置和超连续谱宽度变化都小于5%.随着控制场相对于基频场强度的增加,谐波谱上超连续部分的宽度会增加.采用强度为6×10¹⁴ W/cm²,波长为800 nm,脉冲宽度为12 fs的多光周期基频脉冲叠加脉冲宽度为30 fs,波长为1.6 μm,相对相位为-0.1π,相对强度为20%的控制场作为驱动脉冲,选出了短量子轨道并产生105 关键词： 宽带 超连续谱 阿秒脉冲 短量子轨道     

亚纳秒光脉冲抽运光子晶体光纤产生的瓦级超连续谱

研究了亚纳秒脉冲抽运光子晶体光纤产生高功率超连续谱的机理.采用掺镱锁模光纤激光器产生的脉宽570ps光脉冲,抽运1.8m光子晶体光纤,得到了平均功率为1.15W、光谱覆盖范围为750nm的超连续谱.通过实验和模拟结果的对比和分析,证实了亚纳秒脉冲抽运1.8m PCF产生超连续谱时,调制不稳定性效应起了重要作用.在研究了不同抽运功率下输出的超连续谱变化后,发现随着抽运功率的提高,输出功率也更高且超连续谱覆盖波段也更宽,在瓦级输出功率下依然未达到饱和展宽状态,还有进一步提高功率和展宽光谱的空间.     

采用保偏光子晶体光纤在1.6μm区域产生超连续谱

报道了利用保偏光子晶体光纤在1.6 μm区域产生超连续谱.通过将光参量放大器产生的中心波长为1.5938 μm、重复频率为250 kHz、脉冲宽度为250 fs的光脉冲耦合进纤芯直径为2.0 μm、长度为0.2 m的保偏光子晶体光纤,获得了1.6 μm区域的光谱展宽,展宽的光谱带宽为45.8 nm (1.5892~1.6350 μm).     

Coherence properties of the supercontinuum source

Mutual–temporal coherence of the supercontinuum (SC) generation has been experimentally investigated using a diffraction grating based interferometer. A broadband SC generation was produced in a pyrex glass plate with a 1.6-μm coherence length at 550-nm center wavelength. The degree of mutual coherence of 0.34 was measured for a wavefront shift for zero and first diffraction orders of half of the beam diameter. A design of SC source with the capability of manipulating the amplitudes and phases of optical frequency components within the SC pulse is presented for coherence applications.     

Supercontinuum generation in seven-core photonic crystal fiber pumped by a broadband picosecond pulsed fiber amplifier

We report a supercontinuum source generated in seven-core photonic crystal fibers(PCFs) pumped by a self-made all-fiber picosecond pulsed broadband fiber amplifier. The amplifier's output average power is 60 W at 1150 nm with spectral width of 260 nm, and its repetition rate is 8.47 MHz with pulse width of 221 ps. With two different lengths of seven-core PCF, different output powers and spectra are obtained. When a 10 m long seven-core PCF is chosen, the output supercontinuum covers the wavelength range from 620 nm to 1700 nm, with the output power of 11.7 W. With only 2 m long seven-core PCF used in the same experiment, the wavelength of the supercontinuum spans from 680 nm to 1700 nm,with the output power of 20.4 W. The results show that the pulse width is 385 ps in the 10 m long seven-core PCF and 255 ps in the 2 m long one, respectively, due to the normal dispersion of the PCF.     

Coherence properties of supercontinuum spectra generated in photonic crystal and tapered optical fibers

Numerical simulations have been used in studies of the temporal and spectral features of supercontinuum generation in photonic crystal and tapered optical fibers. In particular, an ensemble average over multiple simulations performed with random quantum noise on the input pulse allows the coherence of the supercontinuum to be quantified in terms of the dependence of the degree of first-order coherence on the wavelength. The coherence is shown to depend strongly on the input pulse's duration and wavelength, and optimal conditions for the generation of coherent supercontinua are discussed.     

高激光损伤阈值Ge-As-S硫系玻璃光纤及中红外超连续谱产生

测量了Ge-As-S系列硫系玻璃在中红外波段的飞秒激光损伤阈值,研究了它与玻璃化学组成的关系.基于优化的玻璃组成,采用棒管法制备了芯径为15μm的阶跃折射率非线性光纤.采用飞秒脉冲抽运光纤,研究了光纤中超连续谱(supercontinuum,SC)的产生特性.在研究的Ge-As-S硫系玻璃中,具有化学计量配比的Ge0.25As0.1S0.65玻璃显示出最高的激光损伤阈值.以该玻璃作为纤芯材料、以与其相匹配的Ge0.26As0.08S0.66玻璃作为包层材料制备的光纤的数值孔径约为0.24,背景损耗<2 dB/m.采用4.8μm的飞秒激光抽运长度为10 cm的光纤,获得了覆盖2.5-7.5μm的SC.这些结果表明,Ge-As-S硫系玻璃光纤是一种有潜力的中红外高亮度宽带SC产生的非线性介质.     

Full Bandwidth Measurement of Supercontinuum Spectral Phase Coherence in Long Pulse Regime

Abstract

This article reports that spectral phase coherence in the supercontinuum in long pulse regime can be measured simply and effectively by using an interference technique with the help of a Mach–Zehnder interferometer. It is also demonstrated that chromatic dispersion on the fringe visibility of interference spectral patterns is overcome in the setup. The technique is applied to characterize supercontinuum spectral phase coherence in a highly non-linear optical fiber with different input conditions: unseeded, coherent seeded, and incoherent seeded picosecond pumps. The results confirm the phase coherence characteristic predicted theoretically in previous studies.     

Isolated-attosecond-pulse generation by suppressing multiple rescatterings with plasmon-enhanced laser fields

An efficient scheme is proposed to generate broadband supercontinuum spectra and isolated attosecond laser pulses by suppressing multiple rescatterings with plasmon-enhanced laser fields. High-order harmonic generation from helium atoms in long wavelength is theoretically investigated. It is found that a quantum path interference and a multiple rescatterings interference are two fundamental limitations against the smooth degree of harmonic spectra. Numerical results show that the coherent superposition state in combination with plasmon-enhanced laser fields is robust for broadband supercontinuum generation. Then an isolated 78-as pulse can be directly generated.     

单个波长到多个波长的变换实验

报道一种波长变换的新方法.采用此方法不需要任何泵浦光便能够直接将信号光变换成在特定谱宽内的任意多个任意波长的变换光,这对于将来的波分复用光网络提供了较大的方便.此波长变换的原理是利用色散位移光纤的非线性效应产生超连续光谱(SC)信号,由于这种SC信号携带有变换光信号,对这种连续谱进行滤波便能够得到所需要的任意频率的变换信号.此变换方式具有变换频带宽,偏振不敏感的优点。     

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。