孤子光脉冲的产生及其应用研究

利用非线性偏振旋转技术实现自起振被动锁模.在掺铒光纤环形腔激光器中产生了中心波长为1563.3 nm、重复频率为12.5 MHz、脉冲宽度为352.0 fs、3 dB光谱宽度为7.8 nm的孤子光脉冲.采用该孤子光脉冲作为抽运光源，经掺铒光纤放大器放大后，输入到101 m长的高非线性光子晶体光纤中，获得了20 dB带宽约为240 nm的超连续激光光谱.实验详细观测了光脉冲随抽运功率的变化及超连续激光光谱的形成过程，分析了其形成机理.研究表明：当抽运功率较低时，光谱加宽主要由高阶孤子的分裂引起；随着抽运功率的增加，高阶孤子分裂成基本孤子的数目逐渐增大，光谱进一步加宽；当抽运功率增加到受激拉曼散射的阈值时，受激拉曼散射成为光谱展宽的主要原因；抽运功率进一步增加时，受激拉曼散射、参量四波混频等非线性的共同作用将使光谱进一步加宽且变得光滑. 关键词： 孤子光纤激光器 超连续 光子晶体光纤     

使用高非线性光纤在高速环境下实现超连续谱的实验研究

为了得到适用于40 Gb×N WDM的相干光源,对40 Gb/s超短脉冲源的1 550 nm波段利用高非线性光纤(HNLF)进行展谱.并且,通过与标准单模光纤级联的啁啾脉冲压缩的优化方案在抽运光平均功率有限的情况下实现了C波段的光谱展宽,3 dB带宽达到9.32 nm.在获得超连续谱后,按100 GHz(0.8 nm)的信道间隔进行谱切片即可得到WDM所需要的光源,从而为实现超高速光纤通信系统的通信用光源提出了一个解决方案.     

温度对掺铒光纤光谱特性影响研究

不断提高以掺铒光纤为核心的光纤器件功率是研究与应用领域中的一个重要课题。高功率光纤器件内能量聚集会发热升温,造成器件光谱参数性能显著变化,进而造成以掺铒光纤为核心的光学器件的性能发生显著变化。因此对掺铒光纤在大温度范围下的光谱性能进行研究具有重要意义。利用斯塔克能级展宽理论建立了掺铒光纤吸收系数与温度的关系模型,在此基础上结合McCumber理论仿真计算了掺铒光纤荧光寿命与温度的关系。以OFS-MP980型掺铒光纤为实验对象,测量了掺铒光纤在常温至900 ℃范围内的吸收光谱、发射光谱。结果表明,温度升高造成980 nm波段吸收系数整体下降,且吸收系数的峰值波长增加,平均增加率0.625 nm/100 ℃。1 530 nm波段吸收系数整体展宽,且峰值吸收系数下降,平均下降率为-0.19 dB/100 ℃。600 ℃以内荧光寿命随温度呈近似线性下降,下降率为-0.23 ms/100 ℃。600 ℃以内理论模型能够反应温度造成峰值吸收系数、荧光寿命近似线性变化的趋势。     

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.     

1150nm掺镱光纤激光器输出特性实验研究

以光纤光栅对为激光腔、双包层掺镱光纤为增益介质、976nm半导体激光器为泵浦源,研制全光纤化的1 150nm波段长波光纤激光振荡器.在室温下实现了最大平均输出功率为12.7 W的1 150nm波段单模光纤激光输出,激光振荡器的光光转换效率为42.33%.最大功率输出时,激光中心波长为1 150.48nm,光谱的3dB线宽为0.45nm,边模抑制比达38dB.该研究对研制1 150nm波段高功率光纤激光振荡器具有一定的参考价值.     

位于第三近红外窗口的平坦光纤超连续谱产生

报道了一种基于非线性偏振旋转效应的被动锁模光纤激光器。采用980 nm分布式反馈激光器作为泵浦源,0.5 m长的高掺杂掺铒光纤作为增益介质。实现了脉冲宽度为822 fs的传统孤子锁模脉冲,输出脉冲的平均功率为2.8 mW,信噪比为55.8 dB。通过微调腔内的偏振控制器,实现了传统孤子脉冲和孤子分子脉冲间的切换,孤子分子的脉冲宽度为312 fs,信噪比为53.86 dB。孤子分子脉冲经掺铒光纤放大器放大后泵浦一段57 m长的高非线性光纤,产生了位于第三近红外窗口（1600 nm～1870 nm）的超连续谱,其20 dB谱宽为355.8 nm。     

基于非线性放大环形镜的波长可调谐耗散孤子锁模光纤激光器

报道了一种基于非线性放大环形镜的"8"字形腔波长可调谐锁模掺镱光纤激光器。当泵浦功率为240 mW时,光纤激光器输出中心波长在1 064.1 nm处的耗散孤子,其光谱3 dB带宽为7.7 nm,重复频率为18.8 MHz,输出光信噪比高达71.2 dB,脉冲宽度为867 fs。分别通过调节偏振控制器和泵浦功率实现了锁模光纤激光器在1 032.8～1 065.1 nm以及1 037.4～1 041.9 nm内调谐输出。探究了不同锁模状态下的光谱与脉冲特性,获得了时间带宽积接近傅里叶变换极限的高斯型脉冲。该光纤激光器结构简单,易于调谐,稳定性好,可为实现波长调谐、耗散孤子锁模提供技术参考。     

50 fs输出的全光纤展宽脉冲激光器

利用非线性偏振旋转锁模方法并引进激光谐振腔色散管理,在1550 nm波段上用展宽脉冲全光纤激光器直接产生50 fs无波分裂的高能量脉冲输出.在330 mW的抽运功率下平均输出功率为56.4 mW,单脉冲能量达到1.5 nJ.因为是全光纤结构,激光器的转换效率高达17%.输出光谱平滑,无任何边带存在,激光器处于无波分裂的单脉冲输出状态.     

基于多波长类噪声脉冲的掺铒光纤激光器

报道了一种基于多波长类噪声脉冲的被动锁模掺铒光纤激光器。采用980 nm半导体激光器作为泵浦源，2.5 m长的掺铒光纤作为增益介质。锁模机制为非线性放大环形镜(NALM)。通过自相关迹证明输出脉冲为类噪声脉冲。该类噪声脉冲的光谱3 dB带宽可达17.2 nm，边模抑制比为47.7 dB，重复频率为5.434 MHz，单脉冲能量为7.9 nJ。为了实现平坦的多波长输出，在NALM结构中加入Sagnac环干涉仪，获得了最大波长数为5的平坦多波长类噪声脉冲，平坦度为1.995。     

掺Er光纤飞秒激光器载波包络位相偏移的探测

本文介绍了基于掺Er光纤飞秒激光器光学频率梳中光学部分的研制. 实验上采用重复频率为230 MHz的掺Er光纤飞秒激光器,通过放大、光谱展宽以及单臂f—2f系统,在优化及分析相关参数影响的基础上,获得了~30 dB信噪比f₀的输出,为光纤光学频率梳的建立奠定了基础. 关键词： 掺Er光纤激光器 光学频率计量 光纤光学频率梳 光谱展宽     

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。     

色散位移光纤反常色散区平坦超宽超连续谱的产生

采用一种在色散位移光纤反常色散区产生平坦超宽超连续谱的方法。利用数值计算对色散位移光纤反常色散区高阶孤子压缩效应产生超连续谱展开了全面、深入的研究。结果表明,在色散位移光纤的反常色散区色散斜率(三阶色散)对超连续谱的形成起着决定性的作用;进一步研究表明,抽运脉冲的峰值功率及脉宽对超连续谱的谱宽和平坦度都有着重要影响,而高阶非线性效应对超连续谱产生没有显著影响。综合考虑以上因素,超续谱的谱宽和平坦度可以获得最大的优化。     

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.     

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     

Modal Birefringence Dependent Supercontinuum Due to Cross-Phase Modulation in a Dispersion-Flattened/Decreasing Fiber

It was found by numerical analysis that a 320 nm wide and flat spectrum at 20 dB less than the central maximum intensity is generated from cross-phase modulated soliton pulses with 3.5 ps pulse width and 2.3 W peak power, which are propagated through a 2.4km length of dispersion-flattened/decreasing fiber (DFDF). The cross-phase modulation (XPM) at a central wavelength of 1.55 μm is achieved by exciting two orthogonally polarized modes into the principal axes. The wave-vector mismatch between the orthogonal pulses can be neglected because of soliton trapping when the modal birefringence of the DFDF is less than |n_ox - n_0y| = 10⁻⁶. The effect of modal birefringence on supercontinuum generation is discussed in temporal and spectral regimes by numerical analysis.     

Adaptive femtosecond pulse shaping to control supercontinuum generation in a microstructure fiber

Efficient confinement of laser radiation in the core of a photonic crystal fiber increases the nonlinear processes resulting in supercontinuum generation. The technique of adaptive pulse shaping using an evolutionary algorithm provides a method to gain control over such highly nonlinear processes. Adaptive pulse shaping of the driving laser radiation passing through the photonic crystal fiber is employed to modify the shape and composition of the output supercontinuum. Amplitude and phase shaping are used to optimize the broadband emission between 500 and 700 nm, as well as a soliton centered at 935 nm. The intensities of the emission and of the soliton driven by a shaped laser pulse increase in comparison to an unshaped pulse by factors of 4 and 3, respectively. The spectral width in the range of 500-600 nm is increased by approximately 40%. In addition, the suppression of self-steepening effects in supercontinuum spectra is demonstrated.     

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.     

Supercontinuum generation in standard single-mode fiber pumped by a nanosecond-pulse laser

We have experimentally investigated supercontinuum generation in a conventional single-mode fiber pumped with a nanosecond pulse source. The experimental results show that, when pump power increases, the spectral flatness is improved obviously and the spectral broadening only occurs in a red-shifted radiation rather than a blue-shifted radiation. A supercontinuum source is experimentally reported with a flatness of 4.7 dB over 180 nm (ranging from 1555 to >1735 nm) at pump power P _R = 5 W and is predicted to have the flatness of less than 1 dB at P _R > 8 W. The cascade of stimulated Raman scattering (SRS) together with soliton fission plays the key roles in supercontinuum generation.     

光子晶体光纤非线性特性的研究

光子晶体光纤是近年来出现的一种通常由单一介质构成，并由波长量级的空气孔构成微结构包层的新型光纤．文章介绍了光子晶体光纤的制作工艺、工作原理、基本特性、目前的研究重点和进展情况，重点评述了光子晶体光纤非线性特性方面的研究，特别是在超连续光谱的产生、光孤子效应以及频率变换等方面的实验和理论成果以及潜在的应用．