基于光子晶体光纤和拉锥式单模光纤的超连续光谱产生的实验研究

本文使用重复频率为250 MHz、脉冲宽度为135 fs、最大功率为2.2 W的锁模掺镱光纤激光作为种子源,利用光子晶体光纤和自制的拉锥式单模光纤两种高非线性光纤研究了超连续光谱的产生特性,通过对比两种光纤的结构、色散等特性,分析了拉曼孤子、色散波及其他非线性效应对产生的超连续谱形状的影响,并均得到了大于一个倍频程的超连续光谱,特别是拉锥式单模光纤产生的超连续光谱,耦合效率达到60%,这为众多研究领域,尤其是光学频率梳的建立提供了实用的超连续光源.     

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。     

反常色散平坦光纤产生平坦宽带超连续谱的数值研究

通过数值计算，对反常色散平坦光纤中高阶孤子压缩效应产生超连续谱进行了系统、深入的研究. 结果表明，反常色散平坦光纤的色散参量二阶微分常量、峰值色散参量及抽运脉冲的脉宽、孤子阶数对该种光纤中平坦超连续谱的形成及所需光纤长度的选取都有着非常重要的影响；进一步研究表明，超连续谱的展宽机理主要来自脉冲的自相位调制效应和群速度色散的共同作用,高阶非线性效应对超连续谱的产生不起决定性作用，在计算中完全可以忽略. 关键词： 反常色散平坦光纤 超连续谱 自相位调制效应 群速度色散     

色散平坦渐减光纤中超连续谱的产生

对双正交偏振光脉冲在色散平坦渐减光纤中传输时超连续谱的产生进行了计算和分析。结果表明，由于交叉相位调制效应的作用，双光脉冲可以产生比单光脉冲明显展宽且更为平坦的超连续谱。对于双基孤子脉冲，可以得到-20dB谱宽达388nm的平坦宽带超连续谱，比单基孤子脉冲产生的超连续谱谱宽增加72nm，交叉相位调制效应对超连续谱的产生起到增强的效果。当输入脉冲的抽运功率较低时，交叉相位调制效应对超连续谱的产生的增强效果更为显著，它极大地提高了超连续谱的产生的效率。数值计算的结果还表明，与其他高阶非线性效应相比，拉曼自频率移效应对超连续谱产生的影响更为明显。     

色散平坦渐减光纤产生平坦超宽超连续谱的特性研究

提出了色散平坦渐减光纤的一种新型色散模型.从频域的全场方程出发,通过数值计算对该种光纤中平坦超连续谱的产生展开了较系统深入的研究.研究表明,该种光纤相比常规色散平坦渐减光纤可以产生更宽的平坦超连续谱,其平坦谱宽可达1000nm以上.进一步的研究表明,光纤的初始峰值色散参量、色散参量微分常量、渐减系数和抽运脉冲的宽度、孤子阶数、初始啁啾等参数对该种光纤中平坦超宽超连续谱的形成都有着非常重要的影响. 关键词： 超连续谱 色散平坦渐减光纤 群速度色散 自相位调制     

Spectral broadening of femtosecond pulses in an nonlinear optical fiber amplifier

A promising method for the generation of a supercontinuum with a high spectral power density based on the spectral broadening of ultrashort pulses in a fiber amplifier is considered. The advantage of the method, as compared to the conventional way of the supercontinuum generation in a microstructure fiber, is a lower pulse spectral broadening rate, which allows one to achieve higher SC spectral power densities. The initial stage of the supercontinuum generation in an ytterbium fiber amplifier (a fiber core diameter of 7 μm) with side pumping from an array of laser diodes with a total power of 8 W at a wavelength of 976 nm is experimentally studied. Yb:KYW laser pulses with a duration of 250 fs, a central wavelength of 1046 nm, and an average power of 150 mW have been supplied to the input of the amplifier. In this case spectrally broadened radiation with an average spectral power density of higher than 65 mW/nm and a spectrum width of 50 nm has been obtained.     

The mode structure and spectral properties of supercontinuum emission from microstructure fibers

The mode structure and spectral properties of supercontinuum emission generated by femtosecond pulses of Ti: sapphire laser radiation in microstructure fibers are studied. The long-wavelength (720–900 nm) and visible (400–600 nm) parts of supercontinuum emission are shown to be spatially separated in microstructure-fiber modes, which can be isolated with an appropriate spectral filtering. The spatial modes thus isolated in spectrally sliced supercontinuum emission possess a spatial quality sufficient for further efficient frequency conversion. The possibility of achieving a high spectral quality of supercontinuum emission is also demonstrated. We explore the ways to control the spectrum of supercontinuum emission by matching parameters of the pump pulse with the parameters of a microstructure fiber and by tuning the initial chirp of the pump pulse. The results of our studies show that supercontinua produced in microstructure fibers offer new approaches to designing a new generation of optical parametric amplifiers and broadband radiation sources for spectroscopic, metrological, and biomedical applications.     

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.     

数值模拟亚纳秒脉冲产生超连续谱的一种改进方法(英文)

提出了一种基于分步傅里叶方法的二次采样法,用以模拟和分析亚纳秒脉冲泵浦光子晶体光纤产生的超连续谱特性。通过此方法在广义非线性薛定谔方程上的应用,在超连续谱模拟中显著缩短了运算时间,模拟结果与实验符合很好。同时还对模拟光谱与实验结果间的细微差别做了讨论。通过此方法,模拟了1.8m晶体光纤中产生的1.15 W续谱和光谱沿光纤长度的演化,为超连续谱实验研究的优化设计提供了依据。     

非均匀微结构光纤中双折射现象的研究

报道了利用飞秒脉冲激光与非均匀微结构光纤相互作用中产生超连续光谱后在非均匀微结构光纤传输中双折射拍频现象的研究.利用35?fs的飞秒激光脉冲在高双折射微结构光纤中的传输过程中直接观察到了拍频现象.并利用有限元方法对该光纤进行了模拟计算分析，计算得出在600?nm处拍频长度为毫米量级.所得结果与实验一致. 关键词： 双折射效应 微结构光纤 超连续光谱 有限元法     

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.     

基于光子晶体光纤的百瓦量级超连续谱光源研究

采用脉冲重复频率可调的高功率皮秒脉冲光纤激 光抽运光子晶体光纤产生了平均输出功率为101 W的全 光纤化超连续谱. 通过一系列的对比实验, 详细研究了抽运激光的脉冲重复频率以及光子晶体光纤的长度对超连续谱产生的影响. 最后, 对如何实现更高平均功率的超连续谱输出进行相关的分析和讨论. 相关研究结果可以为进一步发展基于光子晶体光纤的高功率超连续谱光源提供一定的参考. 关键词： 光子晶体光纤 非线性光纤光学 超连续谱产生     

高非线性光纤正常色散区产生超连续谱的数值研究

基于广义非线性薛定谔方程,通过数值计算对高非线性光纤正常色散区产生超连续谱进行了研究.结果表明,抽运脉冲的峰值功率、脉冲宽度以及脉冲初始啁啾对该光纤正常色散区超连续谱的形成有极其重要的影响;在高非线性光纤正常色散区产生超连续谱的过程中,三、四阶群速度色散甚至更高阶群速度色散对超连续谱的影响完全可以忽略,但与其他高非线性效应相比,自陡峭效应对超连续谱产生的影响更为明显.高功率超短光脉冲在高非线性光纤正常色散区,得到了没有泵浦成份残余、－20 dB谱宽达400 nm以上而频谱强度起伏小于10 dB的超宽而平坦超连续谱.     

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.     

Theoretical and Experimental Study of Supercontinuum Generation in the Dispersion-Shifted Fiber

Some characteristics of supercontinuum generation in the dispersion-shifted-fiber are studied both in theory and experiment. The theoretical research shows how the fiber nonlinearities, such as self-phase-modulation, four-wave-mixing and cross-phase-modulation, play their roles in the supercontinuum generation. Some dependent parameters of supercontinuum generation, such as the fiber length, the pump power are also discussed in this paper. The experimental results agree well with the theoretical simulations.     

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     

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。     

Experimental investigation of the effect of pump incoherence on nonlinear pump spectral broadening and continuous-wave supercontinuum generation

The development of high-power cw fiber lasers has triggered a great interest in the phenomena of nonlinear pump spectral broadening and cw supercontinuum generation. These effects have very convenient applications in Raman amplification, optical fiber metrology, and fiber sensing. In particular, it was recently shown that pump incoherence has a strong impact in these processes. We study experimentally the effect of pump incoherence in nonlinear pump spectral broadening and cw supercontinuum generation in optical fibers. We show that under certain experimental conditions an optimum degree of pump incoherence yields the best performance in the broadening process. We qualitatively explain these results, and we point out that these results may have important implications in cw supercontinuum optimization.     

光纤中超连续谱的产生及多波长输出

为了产生高重复频率的多波长短光脉冲,利用锁模掺铒光纤激光器作为抽运光源,对色散位移光纤中的脉冲光谱展宽进行了实验研究,成功地实现了45nm超连续谱的产生,并滤波得到了多波长输出。实验还发现,光纤激光器的输出脉冲的稳定不够和功率不高是制约这个实验结果的主要因素。     

Flat Supercontinuum Generation at 1550 nm in a Dispersion-Flattened Microstructure Fibre Using Picosecond Pulse

The generation of a flat supercontinuum of over 80nm in the 1550nm region by injecting 1.6ps 10 GHz repetition rate optical pulses into an 80-m-long dispersion-flattened microstructure fibre is demonstrated. The fibre has small normal dispersion with a variation smaller than 1.5 （ps·nm^-1·km^-1） between 1500 and 1650nm. The generated supercontinuum ranging from 1513 to 1591 nm has the flatness of ±1.5 dB and it is not so flat in the range of several nanometres around the pump wavelength 1552nm. Numerical simulation is also used to study the effect of optical loss, fibre parameters and pumping conditions on supercontinuum generation in the dispersion-flattened microstructure fibre, and can be used for further optimization to generate flat broad spectra.