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.     

激光泵浦碲化物产生中红外超连续谱数值模拟

对2 m波段脉冲激光泵浦碲化物光子晶体光纤产生中红外超连续谱进行了数值研究。通过材料的拉曼增益谱间接求得了对应的拉曼响应函数;由光子晶体光纤的材料折射率和波导结构,通过COMSOL软件获得了碲化物光子晶体光纤中基模等效折射率,计算了相应的色散曲线和限制损耗 ;利用自适应的分步傅里叶算法,模拟了中心波长为1.96m、峰值功率为20 kW的50 fs脉冲光泵浦碲化物光子晶体光纤时超连续谱的产生,当光纤长度为6 cm时,产生的中红外超连续谱波长范围为1.0~4.5 m。     

全光纤白光超连续谱实现563 W输出

受限于短脉冲泵浦源高峰值功率和高平均功率之间的矛盾, 以及短脉冲泵浦源芯径与光子晶体光纤芯径的较大差异, 现有的短脉冲白光超连续谱光源输出在200 W左右。基于短脉冲泵浦源工作频率和脉冲宽度的调节技术、高效的模场匹配技术等, 实现了k W级全光纤短脉冲泵浦源的稳定产生, 以及短脉冲泵浦源与光子晶体光纤纤芯之间的高效耦合, 产生了平均输出功率为563 W的高功率超连续谱光源, 为目前该领域公开报道的最高功率。     

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.     

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。     

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     

基于低非线性系数光子晶体光纤的全光纤高效超连续谱光源

 报道了一种基于低非线性系数光子晶体光纤的全光纤高效率超连续谱产生系统。将光纤锁模激光器输出的脉宽5 ps、重复频率20 MHz、平均功率50 mW的脉冲,输入到15 μm的大模场光纤中进行放大,通过与两级芯径较小的短光纤模场匹配缩小输出的模场直径后,输入到20 m低非线性系数的光子晶体光纤,获得的超连续谱波长覆盖范围宽于650～1 700 nm。输入光子晶体光纤的泵浦光功率为740 mW,输出超连续光功率为670 mW,转换效率大于90%。实验研究了超连续光谱展宽的过程,从理论上进行了分析解释。     

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.     

一种基于阶梯状非线性光纤的新颖脉冲压缩方法(英文)

提出了一种基于阶梯状非线性光纤的脉冲压缩方法.阶梯状非线性光纤包括普通单模光纤,色散位移光纤和高非线性光纤.数值模拟中所使用的所有元件均在现实中存在,并且与其他脉冲压缩方法相比,此方法成本低且易于控制.数值模拟表明:12.5 ps脉宽,300 mW峰值功率的双曲正割脉冲可被压缩至1.28 ps脉宽,1.3 W峰值功率的脉冲.     

利用锁模光纤激光器在色散位移光纤中产生超连续谱的研究

采用主动锁模光纤激光器输出的重复频率10GHz、脉宽7．97ps的脉冲作为抽运光源,无需压缩后直接抽运4．2km的普通色散位移光纤(DSF)．利用色散位移光纤中自相位调制、交叉相位调制等非线性效应的联合作用,获得了20dB带宽达125nm、覆盖整个C波段、L波段和部分S波段的超连续(SC)谱。实验研究了抽运光脉冲峰值功率和抽运波长对超连续谱宽度的影响,结果表明抽运光脉冲峰值功率越高,得到的超连续谱的带宽越宽;通过对抽运波长的优化,可以实现最大程度的超连续展宽;分析了滤波器带宽对脉冲质量的影响;利用0．4nm带宽的可调谐滤波器对从超连续谱中滤出脉冲的特性进行了研究,在超连续谱的不同波长处获得了脉宽为8．90～9．80ps、时间一带宽积为0．44～0．49的稳定的窄光脉冲。     

多芯光子晶体光纤高功率超连续谱光源

分析基于单芯光子晶体光纤的超连续谱光源在提升平均输出功率时所面临的问题,指出采用多芯光子晶体光纤作为超连续谱产生介质是一种实现高功率超连续谱产生的潜在方案。使用自制皮秒光纤激光器泵浦一段国产多芯光子晶体光纤,实现了光谱范围750~1700 nm,平均功率42.3 W的全光纤化高功率超连续谱输出。     

高非线性光子晶体光纤深紫外超连续谱的研究

光子晶体光纤作为光学非线性良好介质,对超连续谱产生具有重要作用。深紫外超连续谱光源在许多应用中有急切的需求,然而由于实验条件和光纤参数等方面的影响,利用高非线性光子晶体光纤产生深紫外(<280 nm)超连续谱的报道较少。通过理论和实验研究了高非线性光子晶体光纤在深紫外区的频率变换,并分析其产生的物理机理。使用钛宝石飞秒激光器将实验室自制的光子晶体光纤在反常色散区泵浦,研究了不同泵浦功率和泵浦波长对深紫外区超连续谱的影响,结果表明：泵浦波长固定为860 nm时,深紫外频率光谱展宽范围随泵浦功率的增加而逐渐展宽;泵浦功率固定为0.4 W时,泵浦波长的增加不仅展宽超连续谱范围而且极大的提高了深紫外区光谱的转换效率。当泵浦波长为870 nm,泵浦功率为0.4 W,实验所用光子晶体光纤长度为1.45 m,零色散波长为825 nm时,光子与色散波的交叉相位调制使深紫外基模超连续谱扩展到最短波长212 nm。     

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     

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.     

70 W全光纤超连续谱光源

 超连续谱光源在很多领域具有广泛而重要的应用,过去40多年一直是国际研究热点之一。但一方面由于普通双包层光纤与光子晶体光纤模场不匹配会导致较高的熔接损耗和耦合损耗;另一方面受高质量超快光纤脉冲激光器输出平均功率的限制,目前超连续谱光源的最高输出平均功率只有50 W。报道了一种全光纤结构的超连续谱光源,输出平均功率为 70 W。由于整个装置采用一种新的超连续谱形成机制,较好解决了普通双包层光纤与光子晶体光纤由于模场不匹配导致的较高熔接损耗和耦合损耗;降低了对脉冲泵浦源光谱质量的要求。     

高非线性光子晶体光纤中可见光至近红外超连续谱的产生

基于光子晶体光纤的色散设计,制备了零色散点位于880 nm、泵浦波长处非线性系数为33.67 km^-1·W^-1的实芯光子晶体光纤。使用1 030 nm,150 fs的超快光源,研究了在不同泵浦功率和不同光纤长度下,从可见光至近红外区的超连续谱的产生过程。在1 320 mW的平均泵浦功率下,使用1.5 m长的光子晶体光纤,实现了从450 nm到1 900 nm的宽带超连续谱输出。光谱具有较好的平坦度和相干性。这类宽带超连续光源在光学相干层析成像、光谱学、通信、早期癌症检测和食品质量监测等领域具有应用价值。     

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.     

增益调制高重频脉冲光纤激光器实验研究

采用脉冲泵浦方案,研制出了基于增益调制技术的全光纤结构高重频脉冲激光器。采用电路直接调制的激光二极管作为泵浦源,双包层光纤作为增益介质,构造了光纤光栅选模的线形腔结构。实验中通过调整泵浦光脉冲宽度和光纤激光器谐振腔长度,得到了稳定的高重频脉冲。在100kHz重复频率下,采用21W的峰值泵浦功率和2.5μs的泵浦脉冲宽度,获得了1.06μm波长,脉冲宽度247ns的稳定脉冲激光输出。脉冲峰值功率一致性好,平均功率长期功率稳定性为2%。观察并分析了由于纵模拍频在脉冲包络上产生的次脉冲特性。通过一级放大实现89.6 W输出。     

光子晶体光纤产生的超连续谱(英文)

多波长光源在光通信系统中有着广泛的应用,本文提出一种基于超连续谱的多波长光源产生方案.超短脉冲经过光子晶体光纤,基于自相位调制、交叉相位调制、四波混频等非线性效应产生超连续谱,实验中对该超连续谱进行切割,得到多波长光源.仿真和分析发现:对输入脉冲的峰值功率、输入脉冲宽度和光纤长度等各个参数进行调整优化后,可以得到3dB带宽为73nm的超连续谱,且连续谱的指标可以满足超高速、超长距离、超大容量光通信系统对多波长光源的要求.     

基于石墨烯的宽带可饱和吸收体的制备及其在激光器中的应用

将石墨烯作为宽带可饱和吸收体分别应用在1.06μm Nd∶YAG固体激光器、2μm Tm∶YAP固体激光器以及1.55μm掺铒全光纤激光中.石墨烯采用化学汽相沉积法制备,以乙炔作为碳源,25μm厚的铜箔作为生长基体和催化剂,H2为载气,Ar为辅助气体,在常压、1 000℃高温条件下进行生长.1.06μm Nd∶YAG固体激光器实验中,采用直线型侧面泵浦腔型结构,当输出功率为10W时,得到了重复频率为360kHz,脉冲宽度240ns的最短脉冲输出,其单脉冲能量为27μJ,峰值功率为115.7W;2μm Tm∶YAP固体激光器实验中,使用中心波长在795nm附近的半导体激光器作为泵浦源,采用10%透过率的输出镜获得了脉宽为1.4μs的最窄调Q脉冲;环形腔1.55μm掺铒全光纤激光器实验中,利用1.25m长的高掺铒光纤作为增益光纤,当泵浦功率为100mW时,输出功率为10mW,获得了脉冲宽度314ps的稳定被动连续锁模脉冲,脉冲重复频率为20MHz并验证了同次制备的石墨烯的宽带可饱和吸收特性.