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。     

凹形色散分布光纤中超连续谱特性分析

比较了在不同色散分布的色散渐减光纤中超连续（SC）谱的产生。结果表明,当光纤的色散值关于中心波长对称、且随着传输距离增加,经由反常色散区过渡到正常色散区的、凹形色散分布的色散渐减光纤更有利于产生平坦、带宽的超连续谱。从频域的全场方程出发,模拟了脉冲在光纤中的传输情形,发现脉冲在凹形色散分布的光纤中传输时,不仅在反常色散区能更大程度被压缩,在正常色散区由于存在零色散波长点,还能更进一步展宽,从而得到更宽、更平坦的超连续谱。在谱强为-27dB时,谱宽可达到298nm,比相同情况下的凸形色散的光纤中超连续谱增宽97nm。结果显示,凹形色散分布的光纤比凸形色散分布的光纤在超连续谱的产生上有更明显的优势,可以得到更宽的超连续谱。     

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。     

色散平坦渐减光纤中非线性啁啾脉冲的传输及超连续谱的产生

基于非线性薛定谔方程,数值研究了色散平坦渐减光纤中非线性啁啾脉冲的传输及超连续谱的产生。研究结果表明,初始啁啾对脉冲传输及超连续谱产生的影响与泵浦条件和光纤参量的选取有很大关系。当色散平坦渐减光纤具有小的归一化二次色散系数时,适当的正啁啾能显著增强超连续谱的带宽,而负啁啾和太大的正啁啾抑制超连续谱的带宽。能增强超连续谱带宽的正啁啾有一个较宽的范围,但随着输入脉冲孤子阶数的降低,该范围将变窄。当色散平坦渐减光纤具有大的归一化二次色散系数同时输入脉冲为低阶孤子时,初始啁啾对超连续谱带宽的增强效果不明显,初始啁啾接近为0时可产生最宽的超连续谱。     

色散平坦渐减光纤中色散特性对超连续谱的影响

从频域全场方程出发研究了色散平坦渐减光纤中超连续谱(SC)的产生。结果表明,色散平坦渐减光纤的初始色散和色散斜率对超连续谱的产生有重要影响,当超连续谱宽度小于某一特定阈值时,谱宽随初始色散或色散斜率显著变化;而当超连续谱谱宽大于此值以后,谱宽随这两个参量的变化较缓慢。并且发现色散递减曲线为凸型的光纤比色散线性递减的光纤更有利于产生宽的超连续谱;而色散递减曲线为凹型的光纤不利于形成宽的超连续谱。计算表明经过优化选择光纤的色散参量,可以得到谱宽达330nm的超连续谱。     

色散平坦渐减光纤中抽运残余成分的抑制与平坦超连续谱的产生

基于广义非线性薛定谔方程,通过数值模拟研究了色散平坦渐减光纤中抽运残余成分的抑制.研究结果表明:超连续谱的形状由输入孤子阶数N、归一化二次色散系数△2和归一化有效光纤长度ξ0决定.对于给定N和给定△2值的抽运脉冲,超连续谱的形状依赖于ξ0.通过合适地选取ξ0,抽运残余成分可以被有效地抑制并获光谱平坦度令人满意的超连续谱.为了获得参量ξ0的最优值,引入了S因子评价超连续谱的波动.S因子值越小,所产生的超连续谱越平坦.保持N和△2不变,计算了ξ0取不同值时,所产生的超连续谱的S因子.当S因子达到最小值时,抽运残余成分被抑制到最大限度,并获得最平坦的超连续谱,相应的ξ0值即为归一化参量ξ0的最优值.计算了N在1.0～2.2范围内,ξ0的最优值.结果显示当N降低时,ξ0的最优值增大.为产生具有弱残余抽运成分的超连续谱,抽运脉冲采用低阶孤子要优于高阶孤子.     

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。     

高阶群速度色散对光纤超连续谱产生的影响

介绍了SC谱的产生机理,并通过数值计算具体分析和比较了各种光纤中高阶群速度色散(GVD)对SC谱产生的影响。结果表明:二阶GVD为正的光纤中,三阶GVD不利于平坦SC谱的形成;在色散位移光纤(DSF)的反常色散区,三阶GVD(TOD)是平坦SC谱形成的决定因素;四、五阶GVD则对反常色散平坦光纤(DFF)和色散平坦渐减光纤(DFDF)中平坦、宽带SC谱的形成起着决定性的作用。     

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.     

色散渐减光纤中超连续谱产生的特性研究

我们的研究结果表明，光纤的色散特征对光脉冲的传输和超连续谱的产生均有重要影响。由于色散渐减光纤的色散斜率不为零，因此脉冲在光纤中传输时产生不对称的情形，并最终产生不对称的光纤超连续谱。色散渐碱光纤的色散斜率越小，越有利于脉冲和超连续谱的对称性，也越有利于超连续谱的展宽。     

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     

High stability supercontinuum generation in lead silicate SF57 photonic crystal fibers

We report supercontinuum (SC) generation in a lead silicate SF57 photonic crystal fiber by using a 1550 nm pump source. The effective nonlinear coefficient of the SF57 fiber is simulated to be 111.5 W-1 ·km-1 at 1550 nm. The fiber also shows ultraflat dispersion from 1700 nm to 2100 nm. Our results reveal that with an increase of the average power of the incident pulse from 10 mW to 90 mW, the SC of the SF57 photonic crystal fiber is generated from 1300 nm to 1900 nm with high stability and without significant change in spectral broadening.     

Numerical investigation on broadband mid-infrared supercontinuum generation in chalcogenide suspended-core fibers

As_2S_3 and As_2Se_3 chalcogenide 3-bridges suspended-core fibers(SCFs) are designed with shifted zero-dispersion wavelengths(ZDWs) at around 1.5 μm, 2 μm, and 2.8 μm, respectively. A generalized nonlinear Schr ¨odinger equation is used to numerically compare supercontinuum(SC) generation in these SCFs pumped at an anomalous dispersion region nearby their ZDWs. Evolutions of the long-wavelength edge(LWE), the power proportion in the long-wavelength region(PPL), and spectral flatness(SF) are calculated and analyzed. Meanwhile, the optimal pump parameters and fiber length are given with LWE, PPL, and SF taken into account. For As_2S_3 SCFs, SC from a 14 mm-long fiber with a ZDW of 2825 nm pumped at 2870 nm can achieve the longest LWE of ～ 13 μm and PPL up to ～72%. For As_2Se_3 SCFs, the LWE of 15.5 μm and the highest PPL of ～ 87% can be achieved in a 10 mm-long fiber with ZDW of 1982 nm pumped at 2000 nm. Although the As_2Se_3 SCFs can achieve much longer LWE than the As_2S_3 SCFs, the core diameter of As_2Se_3 SCFs will be much smaller to obtain a similar ZDW, leading to lower damage threshold and output power. Finally, the optimal parameters for generating SC spanning over different mid-IR windows are given.     

双折射光子晶体光纤中超连续谱产生的实验研究

研究了30 fs激光在双折射光子晶体光纤中传输时,泵浦光功率和偏振态对超连续谱产生的影响。实验结果表明:随着泵浦光功率增加,光谱宽度显著增加,出现红移的光孤子和蓝移的色散波;当泵浦光的偏振态分别平行于光子晶体光纤长轴和短轴时,二者都有红移的光孤子和蓝移的色散波,但前者色散波波长更短;当泵浦光偏振态介于长轴与短轴之间,可能在色散波之外出现了交叉相位波,产生的超连续谱最强,且其近场光斑最大且最亮。     

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.     

基于固体薄片超连续飞秒光源驱动的高次谐波产生实验

本文报道了采用基于熔石英薄片超连续的少周期飞秒光源驱动高次谐波产生的实验研究.实验中通过将重复频率1kHz的飞秒钛宝石激光放大器所输出的能量0.8mJ、脉宽30fs的脉冲聚焦到7片0.1mm厚的熔融石英片中,得到了覆盖带宽大于倍频程的展宽光谱.利用啁啾镜补偿色散后,经瞬态光栅频率分辨光学开关法测得脉宽为6.3fs,对应约2.3个光学周期.利用压缩后的激光脉冲聚焦作用于惰性气体,并通过调节尖劈插入量改变脉宽,分别测得了分立以及连续的高次谐波截止区信号,结果与6.3fs的脉冲宽度相符合.     

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.     

基于固体介质的倍频程连续光谱产生的研究进展

超快激光经过透明介质时由于非线性作用光谱会得到展宽,甚至能够产生超过一个倍频程的相干超连续光谱,这样的光源能够压缩得到几个甚至单个光周期的超短脉冲,并在现代超快科学的各个领域得到了广泛应用.实验中已经在气体、液体和固体中都观测到了光谱的展宽,目前较为成熟的方法是使用充满惰性气体的空芯光纤和具有高非线性效应的固体材料展宽光谱.但空芯光纤由于芯径限制无法用于高能量激光脉冲的光谱展宽,而固体材料又容易被高功率密度的脉冲激光损坏.随着激光技术的发展其脉冲能量不断提高,一种新的、利用多片薄固体介质实现光谱展宽的方式被提出.多片薄的非线性介质可以实现光谱展宽的逐片累积,而且避免了激光在介质中因自聚焦产生过高功率密度带来的损坏.目前使用这种方法已经在实验上得到了近毫焦尔量级的倍频程光谱,覆盖了近紫外到中红外的整个区域,并实现了脉冲压缩.本文简要回顾了超快激光在固体中光谱展宽的发展历程,概述了新型薄片固态介质产生超连续光谱的原理,对近年来使用此新方法的实验进行了简要分析,并对其发展前景进行了展望.     

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.     

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。