三包层WⅠ和WⅡ型单模光纤波导色散特性的研究

研究了三包层WⅠ和WⅡ型单模光纤的波导色散特性。结果发现在相同条件下，三包层WⅠ和WⅡ型单模光纤零色散点的调节范围比传统的双包层W型单模光纤明显增大。详细分析了几何参量P、Q和光学参量R1、R2对单模传输时的波导色散特性和低次模截止频率的影响。所得的研究结果为获得更为理想的色散补偿、色散平坦光纤及设计新型无源光器件提供了重要的依据。计算波导色散的方法可推广到多包层光纤。     

全光纤声光调Q铒镱共掺双包层光纤激光器

对LD抽运全光纤声光调Q铒镱共掺杂双包层光纤激光器进行了实验研究.采用两个半导体激光器作为抽运源,利用带尾纤声光调制器作为Q开关,以铒镱共掺杂双包层光纤作为增益介质,以光纤布拉格光栅作为反馈器件,在线形腔结构中,获得了波长1 549.47 nm,谱线半峰全宽0.499 nm的稳定激光脉冲序列.脉冲重复频率1~15 kHz可调,在重复频率1 kHz时,得到最大单脉冲能量209 μJ,平均输出功率209 mW,脉冲宽度约100 ns,脉冲峰值功率2 kW.在不同重复频率下,测量了单脉冲能量和平均功率随入纤功率的变化.     

超低频率全正色散半导体可饱和吸收镜被动锁模光纤激光器

 通过延长激光器环形腔腔长,利用高浓度掺杂的单模掺镱光纤,搭建了超低重复频率、全正色散结构的半导体可饱和吸收镜被动锁模光纤激光器。激光器的中心波长、重复频率、平均功率及单脉冲能量分别为1 064 nm,281.5 kHz,11 mW和39 nJ。为了稳定中心波长,实现自启动,激光器腔体内接入了一个带通滤波器。该激光器运行稳定,无调Q不稳定现象,极大减小了半导体可饱和吸收镜被损坏的机会。     

光子带隙光纤的可调谐泄漏损耗特性的研究

通过向折射率引导型光子晶体光纤的空气孔中填充可调的高折射率的材料可以获得带隙可调的光子带隙光纤.本文采用矢量平面波展开法与矢量有限元法对可调光子带隙光纤的泄漏损耗特性进行了理论研究.研究表明，这种可调光子带隙光纤的光子带隙效应使其泄漏损耗与填充材料的折射率有很强的依赖关系，同时给出了光子带隙光纤的泄漏损耗和群速度色散与归一化波长的关系.     

输出近百纳焦耳脉冲能量的光子晶体光纤锁模激光器

设计并搭建了一种支持百纳焦耳量级的单脉冲能量输出的锁模光纤激光器.激光器基于σ型腔结构,采用掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤作为增益介质,利用半导体可饱和吸收镜实现自启动锁模.激光器内没有色散补偿机理,使其工作在全正色散锁模状态.通过在谐振腔内引入多通长腔使激光器的重复频率降低至11.1 MHz,直接获得了平均功率为1.08 W,单脉冲能量为 97 nJ,脉冲宽度为4.17 ps的稳定锁模脉冲输出,经腔外色散补偿,脉冲宽度压缩至740 fs.     

基于光纤中超短脉冲非线性传输机理与特定光谱选择技术的多波长飞秒激光的产生

高集成、高可靠性宽调谐飞秒激光源在超快光谱学、量子光学及生物成像等研究与应用领域具有重要价值.如在生物多光子显微成像中,具有适中能量的宽调谐飞秒激光源不仅可满足多种生物组织荧光激发所需的峰值功率与激发波长,而且也可以显著提升非线性荧光产生效率、成像分辨率以及增大成像穿透深度.采用自主研发的高可靠性全保偏光纤飞秒激光器作为抽运源,基于低色散光纤中高峰值功率飞秒激光脉冲非线性传输引起的光谱加宽机制,本文开展了多波长全光纤飞秒激光产生技术研究.通过采用中心波长在980, 1000,1050, 1070与1100 nm的带通滤波片选择性地对单模光纤输出光谱中最左边与最右边光谱旁瓣进行滤波,在上述中心波长处分别可获得203, 195, 196, 187与194 fs的激光输出.本文提出的基于全光纤飞秒激光脉冲在单模光纤中非线性传输引起的光谱加宽机制与特定光谱选择技术的实验方案为高集成、高可靠性宽调谐飞秒激光源的实现提供了新的研究途径.     

全光纤高能量飞秒脉冲激光放大系统

研究了一种全光纤飞秒脉冲放大系统.其采用非线性放大环形镜结构的谐振腔输出宽光谱种子光,通过光纤啁啾脉冲放大技术抑制功率放大过程中的非线性累积;主放大部分结合双包层光纤与大模场光子晶体光纤熔接技术,输出中心波长1030nm,平均功率16.9W的高质量皮秒脉冲,经空间光栅对补偿色散后脉冲宽度324fs,单脉冲能量12.2μ...     

具有三个及四个零色散波长光子晶体光纤的仿真研究

利用多极法对光子晶体光纤的色散特性进行了模拟, 通过设计合适的结构参数, 得到了具有3个零色散波长的单模光纤.对中心纤芯有1个微小空气孔光子晶体光纤的色散特性进行了分析, 设计出了具有4个零色散波长的色散曲线.分析了零色散波长随光纤结构的变化规律, 这些零色散波长的位置和间距可以在很大波长范围内灵活调节. 具有多个零色散波长的光纤可以得到色散值极低的超平坦色散曲线. 多个零色散波长光纤能产生丰富的相位匹配曲线, 可以有效地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.     

一种新型高非线性色散平坦光子晶体光纤结构

提出了一种新的高非线性色散平坦光子晶体光纤结构,引入了一个衡量非线性和色散平坦的品质因子δ。采用平面波展开法,研究了气孔尺寸对光子晶体光纤色散特性和非线性的影响。新结构在第一圈空气孔的中间插入六个附加小孔,使得光子晶体光纤有更小的有效模场面积,提高了光纤的非线性。通过控制第一圈和第三圈空气孔以及附加小孔的直径,使得该光子晶体光纤在大约330 nm的波长范围内,光纤的色散系数介于±0.5 ps/(km.nm)之间,在大约230nm的波长范围内,光纤的色散系数介于±0.1 ps/(km.nm)之间,在大约200 nm的波长范围内,光纤的色散系数D的值介于±0.05 ps/(km.nm)之间。光纤的有效模场面积为2.26μm2。衡量非线性和色散平坦的品质因子δ=11.8 ps.W/μm2。     

基于多波长激光器的带通微波光子滤波器设计

提出了一种基于多波长光纤激光器的可调谐的带通微波光子滤波器。它以可调谐多波长光纤激光器作为光源,将相位调制器和色散器件相结合,通过在普通单模光纤中相位调制到强度调制的转换效应消除了低频谐振峰实现了带通微波光子滤波器。利用双折射光纤环镜输出谱中的一个窗口对多波长激光信号频谱进行加窗处理,使微波光子滤波器的边瓣抑制比提高了约11dB。通过调节多波长光纤激光器中的偏振控制器可以使输出多波长激光信号的相邻波长间隔得到调节,从而结合普通单模光纤的色散延时作用可以使微波光子滤波器的通带中心频率在7.66GHz范围内调谐。     

光子晶体光纤包层可见光及红外宽带色散波产生

对光子晶体光纤包层3个空气孔之间节区的传光特性进行了分析, 对比了纤芯与包层节区传光的模场面积、非线性系数及色散特性, 得到光子晶体光纤包层节区具有小芯、高非线性的特点.在包层空气孔较大的情况下, 得到了双零色散曲线.根据色散曲线, 分析了色散波产生的相位匹配特性, 得到了色散波中心波长随抽运波长及功率的变化规律.制备出了所设计的光子晶体光纤, 实验得到了在可见光及红外大于300 nm的宽带色散波, 并给出了色散波随抽运波长及功率的变化规律.实验和理论分析结果一致, 为波长变换及超连续宽带光源的研究奠定了基础. 关键词： 光子晶体光纤 色散波 相位匹配 非线性     

一种新的低非线性宽带色散补偿微结构光纤的设计

采用矢量光束传输法对空气孔包层呈正六边形分布的微结构光纤的色散和非线性特性进行了数值模拟。通过分别调节内三层空气孔的直径和包层空气孔节距,设计了一种低非线性宽带色散补偿微结构光纤。该光纤在波长1.55 μm处具有－3 235.8 ps/nm/km的大负色散,可在以1.55 μm为中心的100 nm宽带波长范围对相当于自身长度190倍的普通单模传输光纤进行宽带色散补偿(色散补偿率偏移在0.5%以内),同时该光纤可在此宽带波长范围内保持非线性系数低于5 W^-1·km^-1。     

金属包层长周期光纤光栅的理论和实验研究

金属包层长周期光纤光栅可用于对谐振波长的调谐。通过实验和理论研究了长周期光纤光栅在沉积金属包层前后谐振波长的变化规律。分析了金属包层光纤的特点,给出了金属包层光纤包层模的本征方程,并给出了这一复本征方程的求解方法。长周期光纤光栅在沉积金属包层后,对低阶包层模,谐振波长会向长波方向偏移,模次增加,偏移会增大;对高阶包层模,谐振波长向短波方向偏移。不同金属包层,谐振波长的偏移量也有一定差别。所给出的理论分析方法,可用于预测谐振波长的偏移方向和大小,对设计和制做这类长周期光纤光栅提供理论参考。     

Acoustic-induced switching of the reflection wavelength in a fiber Bragg grating

Coupling between copropagating core and cladding modes was implemented by acoustic generation of lateral vibration of an etched fiber. When these coupling processes were combined with counterpropagating coupling of a core mode and a cladding mode and the Bragg reflection of a fiber grating, switching of reflection wavelength between the Bragg wavelength and cladding-mode coupling wavelengths was achieved. We report the implementation of such acoustically induced switching behaviors and explain their operation principles. The implemented results can be used for wavelength-division multiplexed add-drop filtering.     

光子晶体光纤非线性光谱特性的理论与实验研究

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性,可以产生奇异的色散特性及高非线性,为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。受多种非线性光学效应的共同作用,在不同泵浦光脉冲参数条件下,不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、泵浦光波长λ、光脉冲形状、光脉冲宽度T_FWHM)、光纤结构参数(孔间距Λ、空气填充比d/Λ、光纤长度z)、传输特性(色散、非线性系数)的关系,分析拉曼孤子、色散波、自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究,获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、0.82 μm波段的剩余泵浦光、1.1 μm波段的孤子波、2 μm附近的红移宽带色散波。理论分析与实验测量结果一致,阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理,实现了对宽带光谱的可控输出,为高非线性光子晶体光纤的结构设计、制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。     

1 550 nm单模锥形光纤模场的演化特性

根据光纤模式传输理论,结合单模锥形光纤的结构,使用有限差分光束传播法(FD-BPM)仿真了1 550 nm波长下光纤模式的传输,分析包层内模场和纤芯内模场之间的相互影响。仿真结果表明:因为包层模的存在,随着包层内模式数的减少和纤芯对模场约束状态的变化,锥形光纤纤芯内不同区域模场分布变化明显,模场的均方根宽度在不同区域有不同程度的起伏。通过数值计算得到了光纤内模场能量的分布,发现因为包层模的存在,纤芯内模场能量减小速度比没有包层模时的速度要慢。     

Refractive index sensitivity characteristic of long-period grating in holey fiber with dual-channel measuring method

Dual-channel measuring method based on long-period grating in holey fiber (LPHFG) is proposed, in which cladding mode interacts with medium filled in air holes and surrounding LPHFG simultaneously. Mode coupling properties and resonance spectral response of LPHFG are numerically investigated with respect to refractive index sensitivity characteristic to the variation of medium with dual-channel measuring method. It is proved that dual-channel measuring method can enhance the index sensitivity characteristic, which can be further improved by elaborately choosing appropriate cladding mode. Dual-channel measuring method provides an excellent alternative to the index-based sensors and detectors. Cladding mode in holey fiber with special radius is very sensitive to the variation of wavelength and medium, and it can turn into high-order or low-order cladding mode. The characteristics of cladding mode to wavelength and medium could be used to optimize the index-based sensor, and it also can be used in mode conversion.     

孔助光纤(Hole-assisted lightguide fiber)色散和双折射特性的研究

通过改变包层中空气孔的参数,孔助光纤（hole-assisted lightguide fiber）具有比传统光纤更容易调节的色散和双折射特性.采用有限差分法研究了包层空气孔数目、大小和位置等参数对孔助光纤色散和双折射特性的影响.数值计算结果表明：增加空气孔的数目和尺寸以及减小空气孔到纤芯的距离都能够使得零色散向短波长方向移动,减小空气孔与纤芯的距离有助于获得更大的双折射.     

单轴晶体包层啁啾光纤光栅中电光效应和弹光效应的理论研究

提出了以单轴晶体材料为包层,光轴平行于光栅主轴(z轴)的新型啁啾光纤光栅模型,应用耦合模理论和传输矩阵方法在理论上分析了该类光纤光栅中的电光效应和弹光效应,理论研究发现在包层施加沿光栅轴向的电场和应变场可以改变布拉格波长和反射谱。得到了3种不同单轴晶体为包层时布拉格波长λB和反射光谱随外加电场和应变场变化的曲线。研究结果表明当轴向外加电场从1×107V/m变化到8×107V/m时λB减小0.12nm,当外加应变场从0变化到0.04时,λB减小0.45nm。     

基于包层模的光纤布拉格光栅折射率传感特性

提出了基于光纤布拉格光栅(FBG)包层模式的折射率传感方案。实验中,利用不同浓度的丙三醇水溶液作为外界折射率传感溶液,采用氢氟酸溶液化学腐蚀的方法来减小光纤包层的直径以增大包层模式对外界折射率的敏感度,研究了腐蚀后光纤布拉格光栅包层模式的耦合波长对外部折射率的变化关系。实验结果表明在1.3300~1.4584的折射率范围内,包层模式耦合波长随外界折射率增大而增大,在接近光纤包层折射率处具有很高的折射率灵敏度,最大达到了172 nm/riu(refractive index unit)。而且,包层模谐振的光谱半峰全宽(约0.07 nm)仅为布拉格纤芯模谐振光谱半峰全宽的1/4,能够获得更好的传感精度。