正常色散平坦光纤中皮秒抽运脉冲超连续谱的形成研究

研究了皮秒抽运脉冲在正常色散平坦光纤中超连续谱的形成过程，分析了脉冲演化过程中光波分裂的产生及其所显示的四波混频对超连续谱特性的影响.结果表明：脉冲初期光谱展宽由自相位调制效应主导，此后由于光谱中心区域能量在色散作用下不断向旁瓣转移，自相位调制效应逐渐减弱而四波混频作用增强，光谱会再度显著展宽.超连续谱的噪声特性与光谱演化状态密切相关，是光谱特征结构对抽运脉冲强度噪声响应的动态表征. 关键词： 正常色散平坦光纤 自相位调制 四波混频 超连续谱     

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.     

长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的理论研究

本文数值研究了长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的产生.依据准连续波近似下的相位匹配条件和能量守恒定律,能够理论上确定在光子晶体光纤正常色散区抽运时,四波混频效应产生的信号光和空闲光波长;以及在光纤反常色散区抽运时,调制不稳现象产生的两个对称旁瓣波长.利用自适应分步傅里叶法,定量地模拟了利用波长为1064 nm的亚纳秒激光器抽运两种不同色散特性的光子晶体光纤四波混频效应和超连续谱的产生,模拟结果与实验结果符合非常好. 关键词： 光子晶体光纤 超连续谱 四波混频 自适应分步傅里叶法     

高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲的传输特性和超连续谱产生机制的实验研究及模拟分析

用实验和数值模拟两种方法研究了高非线性光子晶体光纤中飞秒激光脉冲的传输特性和超连续谱的产生机理，给出了抽运脉冲在三种不同中心波长情况下输出光谱展宽并形成超连续谱的实际测量及理论模拟结果.研究表明：在零色散波长抽运时，光谱展宽以自相位调制为主，同时三阶色散的影响明显，传输脉冲在时域内出现振荡次峰.而在反常色散区抽运时，光谱展宽的初期以自相位调制为主，随后根据抽运功率的不同孤子自频移、高阶光孤子的裂变和四波混频效应会逐渐增强，进而成为光谱展宽的主要原因.与此相应，在时域中能明显看到孤子的形成和红移，飞秒传输脉 关键词： 光子晶体光纤 高非线性光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续谱     

光子晶体光纤中调制不稳定现象与超连续光谱的产生

研究了光子晶体光纤中调制不稳定性效应.从非线性薛定谔方程出发，计算和分析了光子晶体光纤中反常色散区以及正常色散区内的调制不稳定性现象，详细讨论了超短脉冲的脉宽、峰值功率、高阶色散和高阶非线性效应（如脉冲内喇曼散射、自陡峭效应）对调制不稳定性产生的影响.结果表明：二阶色散对调制不稳定性的影响要远大于三阶色散，同时也发现随着初始脉冲宽度的减小，调制不稳定性旁瓣增大但是强度有所降低.另外还发现高阶非线效应如自陡峭和喇曼效应会在不同程度上抑制调制不稳定性.     

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。     

光纤零色散波长的精确测量

提出了一种测量单模光纤零色散波长的新方法,即让可调谐的连续波（波长λｓ）和波长λｐ位于光纤正常色散区的泵浦脉冲串在光纤中共同传输,交叉相位调制与群速度色散的相互作用可使得连续波的强度得到调制。对连续波λｓ进行调谐,若连续波被调制成亮脉冲,则表明λｓ位于光纤负色散区;若连续波被调制成暗脉冲,则表明λｓ位于光纤正色散区;若连续波的强度不能被调制,则表明λｓ位于光纤的零色散波长λ０附近。利用这一方法对长度为０．９８ｋｍ的色散位移光纤的零色散波长进行了测量,测量精度可达０．５ｎｍ。     

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.     

飞秒光脉冲在光子晶体光纤不同色散区产生超连续谱的数值分析

采用预测校正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的非线性传输和超连续谱产生,分析了初始光脉冲的中心波长、峰值功率和光纤长度在光子晶体光纤正、反常色散区对超连续谱形状和带宽的影响。结果表明,当初始光脉冲的中心波长在光纤的反常色散区时,产生的超连续谱宽要远宽于正常色散区,但是光谱的平坦性较差;当光脉冲中心波长在靠近零色散波长的反常色散区且其他脉冲参数不变的情况下,存在一个产生宽且平坦的超连续谱的最佳峰值功率和最佳光纤长度。对于超连续谱系统的优化设计与实际应用具有参考意义。     

色散对高能激光光纤前端FM-AM效应的影响

<正>弦相位调制脉冲可以满足高能激光驱动器对宽带和束匀滑的要求,在光纤系统中传输后,由于光纤中群速度色散的作用,将会产生强度调制,从而加剧光纤功率放大器中的非线性效应和光谱整形的难度.通过对2GHz,14·25GHz正弦相位调制脉冲经过不同光纤长度传输实验为例,结合光纤系统中色散对FM-AM效应影响的理论分析,发现2GHz相位调制脉冲的实验结果与模拟结果符合较好.     

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     

光纤中基于互相位调制效应的超短光脉冲对的产生

提出一种在单模光纤正常色散区由连续波产生超短光脉冲对的新方法.即让连续波和一个波长位于光纤负色散区的高阶孤子在光纤中同时传输,互相位调制效应和群速度色散效应的互相作用能使连续波演化成超短光脉冲对.本文还通过计算机模拟,对该方法进行了全面的考察和分析.结果表明,此方法实用且效果较好.     

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。     

超短光脉冲在双折射光子晶体光纤中产生超连续谱的偏振特性数值分析

采用矢量耦合非线性薛定谔方程描述了超短光脉冲在双折射光子晶体光纤中的传输过程,并利用分步傅里叶方法求解该方程。数值模拟了中心波长为1550nm的超短光脉冲在不同色散参量的双折射光子晶体光纤中超连续谱的产生及其偏振特性。分析了光纤在不同色散区时,高阶色散和非线性效应对超连续谱及其偏振态的影响。结果表明,当超短光脉冲波长位于近光纤零色散点的反常色散区时,比其在光纤正常色散区和远离光纤零色散点的反常色散区更容易产生宽且平坦的超连续谱,所得到的光谱显示出了复杂的偏振态特性。     

单模光纤中基于交叉相位调制的压缩脉冲对产生

基于波长位于反常色散区强泵浦脉冲的交叉相位调制,通过对波长位于正常色散区的弱脉冲在单模光纤中的传输进行数值模拟,得出了一种压缩脉冲的新方法.计算结果表明,在零色散波长位于弱脉冲波长和泵浦脉冲波长中间附近的情况下,交叉相位调制(XPM)与群速度色散(GVD)的共同作用能使弱脉冲演化成比其初始宽度窄得多的脉冲对.同时我们还发现,泵浦脉冲的相对于信号脉冲初始峰值功率愈高,初始相对宽度越小,所得弱脉冲的压缩比和压缩后脉冲峰值功率愈高,压缩到最窄时所需光纤长度越短.最后对基于这一压缩的物理机制作了详尽的分析.     

光纤中基于交叉相位调制的超短光脉冲串的产生

提出一种在单模光纤正常色散区由连续波产生超短光脉冲串的新方法，即让连续波和一个波长位于光纤正常色散区的调制脉冲串在光纤中同时传输，交叉相位调制效应和群速度色散效应的相互作用能使连续波演化成一串超短光脉冲，其脉冲宽度比调制脉冲串中的脉宽要小得多，本文还通过计算机模拟，对这一方法进行了全面的考察和分析。结果表明，该方法不仅实用，而且可取得较好的效果。     

基于增益诱导光纤激光器的实验研究及理论分析

利用非线性偏振旋转技术,实现了正色散掺铒光纤激光器的自启动锁模,产生了一种新型的增益诱导孤子脉冲输出.该类型脉冲的光谱近似为矩形,半高全宽光谱宽度可达19 nm以上,脉宽为皮秒量级.增益诱导孤子脉冲的形成是增益饱和、光谱滤波效应、腔内色散和各种非线性效应共同作用的结果.同时还分析了脉冲啁啾特性及峰值功率等参数.当抽运功率增加时,该激光器还可以实现双脉冲模式下运转. 关键词： 光纤激光器 增益诱导孤子 啁啾     

纳米光纤的色散特性及其超连续谱产生

通过数值计算,分析了纳米光纤的色散特性,并比较了纳米光纤中不同直径和不同材料的色散特性.结果表明：二氧化硅纳米光纤有两个零色散波长,随光纤直径的增大,其色散曲线趋于平坦,零色散波长也随之发生改变;硅光纤只有一个零色散波长,且随着直径的增大,零色散波长向长波方向移动.采用广义非线性薛定谔方程来描述超短激光脉冲在纳米光纤中的传输演化过程,利用分步傅里叶方法求解方程.比较了超短脉冲在光纤不同色散区传输时,色散对超连续谱产生的影响以及脉冲波形的演化.在正常色散区,超连续谱谱宽很窄,而在零色散区和反常色散区则可产生 关键词： 色散 超连续谱产生 非线性光学 纳米光纤     

利用交叉相位调制和四波混频制作的时间透镜的仿真分析

利用高非线性光纤中的交叉相位调制和四波混频分别在仿真中实现了时间透镜. 对基于交叉相位调制的时间透镜中的高非线性光纤中的非线性过程进行了仿真分析. 仿真结果表明, 该时间透镜的主要影响因素为色散、自相位调制与四波混频; 通过采用带有一定色散斜率的高非线性光纤可同时消除色散、自相位调制和四波混频的影响; 另外, 该高非线性光纤的色散零点最好选在信号脉冲和抽运脉冲波长的中心附近. 然后对基于四波混频的时间透镜的实现进行了仿真分析. 仿真结果表明, 该时间透镜的主要影响因素为色散、 自相位调制和其他的四波混频; 通过设定合适大小的信号脉冲和抽运脉冲的功率可消除自相位调制和其他的四波混频的影响; 另外, 通过在高非线性光纤中引入一定的色散可进一步提高信号脉冲和抽运脉冲的功率, 从而获得更高功率的输出脉冲. 最后对两种时间透镜系统做出了比较. 关键词： 光脉冲压缩 时间透镜 交叉相位调制 四波混频     

双折射光子晶体光纤中基于孤子分裂的超连续光谱产生

利用亚纳焦量级、脉冲宽度为100 fs的激光脉冲在双折射光子晶体光纤中获得了450—1050 nm 的超连续光谱,且超连续光谱具有明显的分立峰状结构.分析了光谱中分立峰状结构产生的物理机制,抽运光波长处于接近零色散波长的反常色散区,形成高阶光孤子,由于高阶非线性和高阶色散的影响,高阶孤子分裂成多个基孤子,使初始光谱上演化出红移的光孤子成分和蓝移的色散波成分.理论模拟了飞秒激光脉冲在光纤中的色散特性和传输特性,较好地解释了实验结果. 关键词： 光子晶体光纤 超连续光谱产生 孤子分裂 脉冲俘获