飞秒激光在大空气比微结构光纤中增强的非线性光谱展宽

报道了微结构光纤(MF)包层结构对超连续光谱产生影响的实验研究。在中心波长为820nm，脉冲宽度为35fs的激光脉冲作用下，在纤芯都为2μm，空气比分别为60％和80％的微结构光纤中获得不同的光谱展宽。由于空气比的增大，使得微结构光纤的有效模面积变得更小，其中传播的光场更能被局域在光纤纤芯中，非线性效应更加强烈，因此在空气比更大的微结构光纤中获得了更宽的超连续光谱。实验中分别在两种光纤中获得了近700nm(520～1200nm)和近1000nm(从350～1320nm)的超连续光谱，大空气比的微结构光纤中获得的非线性光谱展宽增强了1．25倍。对实验结果作了对比分析，并给出了相应的物理解释。     

高非线性液芯光子晶体光纤中超连续谱的产生

提出了一种实现高非线性光子晶体光纤(PCF)的新方法,即在空芯光子晶体光纤(HC-PCF)的纤芯空气孔中填充高折射率、高非线性折射率的液态物质三氯甲烷、甲苯、二硫化碳等。利用全矢量有限元方法分析了这种液芯光子晶体光纤的模式分布及色散性质,分析得出其零色散波长可在800 nm左右调节,因此可使中心波长800 nm的钛宝石飞秒脉冲激光在这种光子晶体光纤的反常色散区传输,有利于超连续谱的产生。而且由于填充后光子晶体光纤具有较高的非线性系数,较小功率的脉冲激光就可在几毫米长的这种液芯光子晶体光纤中得到频谱范围大于1000 nm的超连续谱。     

飞秒激光测距中空气色散补偿理论研究

研究了飞秒激光测距中空气色散对其脉冲宽度的影响,探讨了飞秒激光脉冲宽度随入射初始飞秒脉冲宽度、中心波长和激光传输距离等参数的变化关系。为保证飞秒激光测距精度,提出采用高密度透射式光栅的飞秒激光测距空气色散补偿方法,并详细分析了光栅周期、光栅对间距对不同中心波长的飞秒激光脉冲宽度压缩的影响。该方法具有体积小和操作方便等优点,对采用飞秒脉冲激光进行长距离高精度测量实验研究具有一定的指导意义。     

光纤产生激光彩虹

新泽西州朗讯技术公司贝尔实验室研究人员通过向具有普通色散特性的微结构光纤发送低功率超短激光脉冲 ,已在石英光纤中产生波长范围为 40 0～ 1 4 0 0 nm的单横模连续波辐射。该光纤含有一个微观三角形空气孔列阵和形成折射率引导纤芯的空白中心孔。这个直径不到 2μm的引导纤芯只有极小有效面积 ,导致光纤内即便在皮焦耳 (1 0 -1 2 J)脉冲能量时也有 GW/ cm2 的峰值光强。另外 ,由于波导的很大贡献 ,该光纤结构在 760 nm处的群速色散为零 ,为自相位调制之类非线性光学效应提供丰富的基础 ,自相位调制和拉曼散射都是连续谱产生的原因。为…     

双芯光纤中孤子传输与耦合特性研究

利用自伴算符方法,通过耦合非线性薛定格方程分析了双芯光纤中孤子的传输与耦合特性。研究结果表明：孤子脉冲在两纤芯间的耦合特性与注入的孤子振幅有密切关系,耦合特性表现为周期性、非完全周期性和完全非周期性的能量变换;孤子脉冲在两纤芯间的传输特性与注入的两孤子间相对相位有密切关系。     

短长度的双椭圆纤芯光子晶体光纤偏振分束器

基于双折射效应设计了一种新型的双椭圆纤芯光子晶体光纤(PCF)偏振分束器,通过在每个纤芯处引入一对大空气孔和一对小空气孔来构成椭圆纤芯。采用全矢量有限元法(FEM)和半矢量光束传播法数值模拟偏振分束器的性能,结果表明,在工作波长1.55μm处,光纤长度为544μm时,X、Y方向偏振光可实现分离,且消光比达到-43.75dB,消光比小于-10dB的带宽为80nm。这为设计具有高消光比和极短长度的双芯光子晶体光纤偏振分束器提供了一种新的结构。     

抽运波长对中红外超连续谱影响的数值模拟

采用数值模拟研究了飞秒脉冲在悬吊芯As_2S_3微结构光纤中传输时,抽运波长对中红外超连续谱产生的影响。通过分步傅里叶算法数值求解广义非线性薛定谔方程,对不同抽运波长的飞秒脉冲在悬吊芯As_2S_3微结构光纤中传输时的传输特性及演化过程进行分析。模拟结果表明,当抽运波长为2300nm时,处于光纤的反常色散区且近零色散波长,可获得宽带且平坦的中红外超连续谱,光谱范围覆盖1.2~7μm;当抽运波长为2500nm时,处于光纤的反常色散区且远离零色散波长,可获得超宽带中红外超连续谱,光谱范围覆盖1.2~7.5μm,但其平坦度略差。该结果对产生中红外超连续谱时选择合适的激光抽运波长,进而优化中红外超连续谱具有重要的参考价值。     

基于空气悬浮芯微结构光纤的高灵敏度荧光检测系统

当空心微结构光纤纤芯的尺寸和波长相近时,光在纤芯中的传输大大增强,并会在纤芯周围产生很强的倏逝场。报道了一种新型的纤芯直径仅为2μm的空气悬浮芯微结构光纤,该光纤通过薄片堆积法拉制而成,具有大倏逝场和微米级孔径的单元结构,在532nm波长处的损耗为0.16dB/cm,非常适合用于生化物质的传感探测。以该光纤作为传感探针,结合激光技术搭建了一套简易的荧光光谱探测系统,使用此系统对纳升量级的生物荧光标记材料CdTe/CdS/ZnS量子点进行荧光探测分析。利用该系统可探测荧光量子点的极限约为1nmol/L,相当于3.78×107个量子点,实现了高灵敏度、快速探测。基于空气悬浮芯微结构光纤的荧光检测系统为量子点标记的生物材料的灵敏检测提供了新的方法和思路。     

高折射率纤芯光子晶体光纤的特性研究

在二氧化硅中掺入适量GeO2可增大折射率，用其作为光子晶体光纤的纤芯时易于将光场捕获在纤芯中，形成稳定的传输模式。本文通过有限差分法数值解亥姆霍兹方程，研究了空气孔呈三角形典型结构排列的光子晶体光纤的特性．当纤芯及空气孔的大小都相同时，纤芯掺杂比例越高，光子晶体光纤的有效折射率就越高，色散则会向负向增长。此外，在这种高折射纤芯的光子晶体光纤中，当纤芯的大小及折射率均固定仅增大周围空气孔时，光子晶体光纤的色散增大，有效折射率趋于降低，模场有效面积也趋于减小。     

八边形空芯微结构光纤的制备和特性分析

基于反共振反射光波导中的抑制耦合理论,本文设计和制备出一种单空气包层大纤芯的八边形空芯微结构光纤,光纤直径为170 μm,纤芯直径为44 μm,纤芯壁厚为1.2 μm。实验测试结果表明该光纤对于波长为750 nm的光具有良好的导光特性。该空芯光纤结构简单,容易制备,并可设计成大纤芯适用于光泵碱金属蒸气激光、液体填充传感、高功率近红外光能量传输及气体激光器等领域,为探索简易新型空芯微结构光纤打下前期实验基础。     

基于微结构光纤的10 GHz超过1100信道的平坦超连续谱光源

报道了一种基于微结构光纤的宽带、平坦超连续谱(SC)光源。利用锁模半导体激光器产生的1.6ps,重复率为10GHz的光脉冲,通过一段80m的色散平坦高非线性微结构光纤(HNL-MF),在1.55μm波长区域产生了谱宽超过100nm的平坦超连续谱。实验中采用的微结构光纤的非线性系数约为11W-1·km-1。光纤具有小的正常色散和平坦的色散特性,在1550nm波长处,光纤的色散值约为-0.58ps·nm-1·km-1,而在1500～1650nm波长范围内,光纤的色散值变化小于1.5ps·nm-1·km-1。实验中获得的宽带、平坦超连续谱在1503～1593nm宽达90nm的波长范围内,具有±2.5dB的平坦度。该宽带、平坦超连续谱能同时提供波长间隔为10GHz,超过1100路的多波长载波信道。通过对光谱滤波,获得了速率为10Gbit/s的多波长脉冲序列。这样的超连续谱光源在波分复用(WDM)光通信系统、光波长变换等方面都有重要的应用。     

多芯微结构光纤产生超连续谱

报道了一种多芯微结构光纤(MF)产生超连续谱的现象,利用钛宝石飞秒激光器产生的20 fs光脉冲序列,通过一段长约40 cm的多芯微结构光纤,获得了展宽超过600 nm的光谱(400~1000 nm),而且当耦合位置不同时,可以得到不同颜色的光谱成分。实验结果表明,由非规则填充气孔组成的多芯微结构光纤可以出现超强的非线性和超连续谱展宽。     

耗散孤子和束缚态脉冲可切换的超连续谱产生

当超短脉冲进入高非线性光纤时,在色散和非线性效应的共同作用下,脉冲频谱中会产生一些新的频率分量,使得输出频谱比输入频谱宽得多。这种光谱被称为超连续谱。超连续谱光源具有光谱范围宽、方向性好、亮度高、空间相干性好等优点。在锁模激光器中,传统孤子、耗散孤子和类噪声脉冲可以作为种子源产生超连续谱。文中,笔者建立了一个NPR被动锁模光纤激光器来产生脉冲激光。然后,添加一段DCF以补偿腔中的色散,从而产生耗散孤子。同时,通过调节腔内PC,可以实现束缚态和耗散孤子的状态切换。输出脉冲经10 m单模光纤压缩后注入部分拉锥后的高非线性光纤以产生超连续谱。实验中,我们得到了脉宽为5.6 ps、重复频率为32 MHz、信噪比为52 dB的耗散孤子锁模脉冲,压缩后的脉冲宽度为868 fs,用作超连续谱产生。超连续谱的覆盖范围约为1200~2200 nm,其20 dB谱宽为357 nm。通过调节偏振控制器,实现耗散孤子脉冲与束缚态脉冲之间的切换,束缚态脉冲持续时间为1.4 ps,脉冲间隔为14 ps,信噪比为51 dB,产生1600~1870 nm的超连续光谱,20 dB的光谱宽度为135 nm。     

High Power Highly Nonlinear Holey Fiber with Low Confinement Loss for Supercontinuum Light Sources

The high power holey fiber is an efficient supercontinuum light source by using picosecond pulse, which is a less expensive laser source compared with low power and expensive femtosecond laser sources. In this paper, a high power highly nonlinear holey fiber (HN-HF) with a low confinement loss is proposed for supercontinuum light sources. The finite difference method is used to calculate the different properties of the proposed HN-HF. High nonlinear coefficients are obtained at 1.06 μm, 1.31 μm, and 1.55 μm wavelengths with flattened chromatic dispersion and low confinement losses simultaneously. Moreover, numerical simulation results show that high power broad supercontinuum spectra with very short length of the proposed photonic crystal fiber are achieved.     

百皮秒激光脉冲的全光纤放大及应用

为了得到高单脉冲能量的百皮秒激光脉冲,采用自制的被动锁模掺镱光纤激光器获得了100ps的激光脉冲输出,在此基础上采用两级全光纤结构主振荡功率放大器进行功率放大,其中预放大级采用7m纤芯的双包层掺镱光纤做增益介质,得到平均功率160mW的稳定脉冲输出;主放大级采用20m纤芯的双包层掺镱光纤做增益介质,在抽运功率逐步增加到35.37W时,输出功率达到了16.60W,相应的单脉冲能量为1.63J,峰值功率为16.61kW。此外,主放大级输出的激光通过自制的模场转换器与光子晶体光纤(纤芯4.6m)成功熔接,得到了2.85W的白光超连续光谱,光谱波长覆盖了600nm~1700nm的检测范围。结果表明,此激光可用于超连续谱光源的产生。     

高相干度超连续谱的产生和脉冲压缩的研究

为了研究全波段正常色散光子晶体光纤中高相干度超连续谱的产生及其脉冲压缩,采用分步傅里叶法数值模拟了超短光脉冲在全波段正常色散光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱的产生;利用1阶相干因子分析了抽运波长和入射峰值功率对超连续谱相干特性的影响。结果表明,色散效应越弱,越有利于高相干度超连续谱的产生;在色散效应较小处抽运时,获得了带宽为587nm、平坦度小于7dB的高相干度的超连续谱;超连续谱的相干性越高,越有利于脉冲压缩,采用光栅对压缩器对高相干度超连续谱脉冲进行压缩,获得了8.4fs、压缩质量因子为88.88%的超短光脉冲。因此,抑止色散效应,利用自相位调制可获得高相干度的超连续谱及高质量的脉冲压缩。     

反常色散区抽运光子晶体光纤产生的超连续谱

为了研究反常色散区抽运光子晶体光纤产生的超连续谱,采用分步傅里叶方法数值模拟了飞秒激光脉冲在光子晶体光纤反常色散区中的非线性传输和超连续谱产生.结果表明,初始激光脉冲的峰值功率和脉冲初始啁啾对光子晶体光纤反常色散区产生超连续谱形状和带宽是有影响的.这些结论给光子晶体光纤中产生超连续谱提供了参考.     

色散平坦渐减光纤中超连续谱产生的特性研究

理论研究了色散平坦渐减光纤中超连续谱的产生。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有重要影响。由于住泵浦波长处光纤的色散斜率为零，因此脉冲在光纤中传输时保持对称，并产生对称的超连续谱。光纤的色散曲线越平坦，色散曲线的两个零色散波长相距就越远，越有利于超连续谱的展宽。     

飞秒脉冲在高非线性光纤中产生超连续谱的特性研究

采用分步傅里叶方法,对飞秒脉冲在高非线性光纤中超连续谱的形成过程进行了研究,分析了脉冲峰值功率,脉冲宽度及初始频率啁啾对超连续谱特性的影响.结果表明,脉冲峰值功率、脉冲宽度以及初始啁啾对超连续谱的形成有着极其重要的影响;当脉冲峰值功率逐渐增大,超连续谱随之愈宽(-20dB处谱宽从170nm展宽到400nm以上),平坦度愈好.与之相反,脉冲宽度逐渐增大,超连续谱展宽范围减小,其平坦度也逐渐劣化;初始负啁啾有利于脉冲SC谱的展宽而正啁啾使脉冲SC谱的展宽受到一定抑制.进一步研究表明,适当的峰值功率超短啁啾脉冲在高非线性光纤传输时,得到没有泵浦成份残余的超宽且平坦超连续谱.     

大模场光子晶体光纤中超连续谱的产生与控制

探索利用大模场光子晶体光纤产生大功率、高光束质量的超连续谱。采用分步傅里叶方法求解广义非线性薛定谔方程(GNLSE), 模拟了光脉冲在大模场光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生过程。着重分析了光子晶体光纤长度和抽运脉冲的峰值功率、啁啾等对超连续谱产生的影响, 讨论了大模场光子晶体光纤中光谱的非线性展宽机制。发现可将超连续谱产生过程分为初始展宽、剧烈展宽和饱和展宽三个阶段。合理选择光纤长度, 使产生的超连续谱处于剧烈展宽阶段时输出, 既能够得到较宽的光谱, 又能够保证较高的效率。抽运峰值功率对超连续谱的产生有重要影响, 当输入功率较小时, 脉冲的频谱成对称展宽, 仅有自相位调制(SPM)效应起作用, 其他高阶效应的影响都很弱。随着脉冲功率的增加, 频谱短波方向变化较小, 光谱向长波方向展宽。同时, 脉冲时域出现振荡调制, 振荡的起因与光波分裂现象有关。抽运光初始啁啾对超连续谱的产生也有重要影响。当啁啾为正时, 啁啾量的大小对产生超连续谱的影响较小, 蓝移方向基本没有影响, 而红移部分能量随着啁啾量的增大向长波方向转移, 超连续谱总的宽度变化较小; 当啁啾为负且满足一定条件时, 其中的非线性作用得到增强, 有利于光谱展宽。