基于光子晶体光纤的超连续谱光源设计

为了运用光子晶体光纤高非线性效应技术获得超宽光谱,设计了一种基于光子晶体光纤的超连续谱光源,通过对光子晶体光纤进行塌孔处理后再熔接的方式,将高峰值功率的窄线宽脉冲光注入高非线性光子晶体光纤,利用光纤非线性效应实现了光谱展宽.实验结果表明,该超连续谱光源实现了光谱范围440～2400 nm,输出光功率为276 mW.     

光子晶体光纤中超连续谱的产生

光谱超连续展宽在光通信中有重要的应用,用分步傅立叶法研究和分析了在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.结果表明:在光子晶体光纤中,超连续谱的产生是自相位调制、四波混频、交叉相位调制效应综合作用的结果,其中自相位调制效应起先导作用;光脉冲的峰功率、初始啁啾及光纤长度对超连续谱的形状和带宽有影响.     

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.     

光子晶体光纤产生紫外超连续谱的数值研究

提出了一种基于高非线性氟化镁光子晶体光纤产生紫外超连续光源的方法。采用分步傅里叶法求解光纤的非线性薛定谔方程,基于光子晶体光纤数值模拟了扩展到紫外波段的超连续谱的产生;通过分析光纤结构参量与泵浦光源参数对紫外超连续谱产生的影响,得出了光纤长度、色散参量以及泵浦脉冲峰值功率、初始脉冲宽度对超连续谱光谱宽度的影响规律。研究发现:当光子晶体光纤长度为8 cm、脉冲中心波长为450 nm、峰值功率为3.1 kW、初始脉冲宽度为40 fs时,可获得展宽至紫外的超连续谱,范围为279.6～769.0 nm。     

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。     

利用单模光纤中调制不稳定性产生超连续激光光谱的研究

根据皮秒光脉冲在光纤中传输时所满足的非线性薛定谔方程,利用数值模拟方法,研究了利用准连续波作为初始输入脉冲、利用单模光纤中的调制不稳定性和光子晶体光纤的高非线性效应产生超连续激光光谱（SC）的新方法。探讨了SC的形成机理,研究了不同条件下SC的形成过程,研究结果表明：准连续波光脉冲峰值功率越高、初始脉宽越宽,越有利于SC的产生;超连续谱向长波长方向的展宽要受到光子晶体光纤长度的影响,要想获得平坦的宽带SC,必须采用合适的光子晶体光纤长度。     

光子晶体光纤分析及其在超连续谱中的应用

通过非线性效应,脉冲激光光谱可以大为扩展,得到应用价值很高的超连续谱（SC）,借助光子晶体光纤(PCF),能方便地产生这种非线性效应。研究了光子晶体光纤的包层等效折射率、归一化频率与PCF结构参数之间的关系,这是PCF实现无尽单模传输的原因。通过类似于阶跃折射率型光纤的理论,得到了光子晶体光纤的折射率和色散的计算模型。依据此模型所做的模拟结果表明,脉冲激光光谱有显著展宽。     

光纤放大器中实现714W可见光至近红外超连续谱激光输出

<正>超连续谱激光具有宽光谱和高亮度的特性,被广泛应用于光学相干断层扫描、生物光学、光谱检测等领域。目前,产生可见光至近红外波段超连续谱的常用方案是利用脉冲光纤激光器泵浦光子晶体光纤。利用该方案, 2018年,中国工程物理研究院报道了563W的高功率超连续谱激光,输出光谱范围为665～1750 nm。在该方案中,高功率皮秒脉冲光纤激光器输出尾纤(纤芯直径约为20μm)与光子晶体光纤(纤芯直径约为5μm)之间较大的模场失配以及光子晶体光纤较小的纤芯直径是制约输出超连续谱功率提升的主要原因。     

高功率全光纤超连续谱激光技术进展

基于非线性光子晶体光纤(PCF)的超连续谱技术由于在频谱学、超短脉冲激光技术、频率计量及光学相干层析(OCT)等领域中的应用价值在国际上引起了广泛的研究兴趣。最近,中国科学院西安光学精密机械研究所基于高功率全光纤皮秒脉冲放大器系统和高非线性光子晶体光纤,实验上获得了平     

吉赫兹高功率全光纤超连续谱激光光源

<正>超连续谱光源是一种特殊的光源,具有光谱宽、亮度高、空间相干性好等特点,在照明、通信、医学、军事等诸多领域具有广泛的应用前景。近几年,在突破了超短脉冲抽运源、抽运光耦合、普通光纤与光子晶体光纤低损耗熔接、高功率光纤激光器热管理等一系列关键技术难题之后,高功率超短脉冲光纤激光超连续谱研究进展显著。评价超连续谱指标参数除了功率、光谱宽度之外,还有一个参数——平坦度,平坦度从某种意义上说是描述超连续谱谱宽范     

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。     

三零色散光子晶体光纤中超连续谱的产生与控制

提出了利用倍频效应得到双波长抽运三零色散光子晶体光纤(PCF),产生近红外、中红外波段超连续谱。设计三零色散光子晶体光纤结构,采用分步傅里叶算法数值求解非线性薛定谔方程,模拟双波长抽运三零色散光子晶体光纤产生超连续谱的演化过程,分析了不同光纤长度和脉冲峰值功率对产生的超连续谱的影响。结果表明:当抽运激光脉冲中心波长分别为1μm和2μm、脉宽为100 fs、重复频率为200 k Hz,传输距离为10 cm、脉冲峰值功率为10 k W时,得到了谱宽为690~3150 nm的超连续谱,包含了近红外、中红外波段,光谱具有较好的连续性和平坦度。     

用于产生超连续谱的硫系光子晶体光纤的色散特性

光子晶体光纤具备的无截止单模、模场面积可调和色散可控的特性,使其在超连续谱的产生中具有独特的优势。超连续谱的产生条件之一,是所使用的光纤须具有高的非线性,而硫系玻璃非线性系数极高,因此利用硫系玻璃光子晶体光纤产生超连续谱的研究备受关注。采用熔融-淬冷法制备Ge23Sb12S65硫系玻璃,并以此为基质设计了用于超连续谱产生的高非线性光子晶体光纤。采用多极法分析光纤孔间距、孔径比d/等对光纤的色散零点位移、色散平坦调控、损耗及模场面积的影响,最终得到当=2m,d/=0.43时,可获得2~4m平坦色散的高非线性光子晶体光纤结构。     

飞秒脉冲在光子晶体光纤中传输特性研究

光谱超连续展宽在光通信中有着重要的应用.文章用分步傅里叶法数值模拟了在不同色散区泵浦光子晶体光纤(PCF)中飞秒激光脉冲的传输特性和超连续谱的产生机理.研究发现:光纤色散和强非线性对飞秒脉冲在PCF中的传输、演化以及超连续谱的展宽都有很大影响.这些结论对于研究超连续谱的产生和应用具有参考意义.     

光子晶体光纤反常色散区超连续谱产生机理研究

用实验和数值模拟两种方法研究了在反常色散区抽运光子品体光纤(PCF)中飞秒激光脉冲的传输特性和超连续谱的产生机理,给出了抽运脉冲在不同功率情况下输出光谱展宽并形成超连续谱的实际测镀及理论模拟结果.研究表明: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叫波混频效应会逐渐增强,进而成为光谱展宽的主要原因;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.     

七芯光子晶体光纤实现高功率白光超连续谱输出

<正>多芯光子晶体光纤便于与抽运激光器的大模场直径输出尾纤进行低损耗的熔接,能够把高功率的抽运激光耦合进光子晶体光纤中。同时,多芯光子晶体光纤的光场分布直径比单芯光子晶体光纤大,尽管激发非线性效应所需的激光抽运功率会有所提升,但是其激光损伤阈值也随之提升,即能够承受更高功率的抽运激光。因而,多芯光子晶体光纤非常适合用于构建全光纤化的高功率超连续谱光源系统。最近,国防科学技术大学采用高功率皮秒光纤激光抽运由光纤光缆制备技术国家重点实验室拉制     

光子晶体光纤中超连续谱的形成及其影响因素

介绍了在光子晶体光纤(PCF)中产生超连续谱(SC)的发展现状及应用背景,从广义非线性薛定谔方程入手,讨论了超连续谱的形成机理.并从光子晶体光纤色散特性、脉冲参数等方面探讨了对超连续谱形成的影响,从而可以控制超连续谱的形成.     

全光纤双波长泵浦产生超连续谱的仿真研究

文中研究了全光纤结构双波长泵浦光子晶体光纤超连续谱的形成过程和基本理论。在分析了全光纤结构双波长泵浦实验方案的理论模型的基础上,依据模型采用自适应分步傅里叶法求解广义非线性薛定谔方程,相继仿真实现了双波长泵浦源的建立以及超连续谱的形成。仿真结果与文献的实验观察相吻合。由仿真结果分析表明:正是由于交叉相位调制主导下孤子自频移和孤子诱捕效应的共同作用,促使超连续谱向短波方向延伸至可见光波段,为双波长泵浦产生超连续谱光源提供理论支持。     

高功率全光纤中红外超连续谱激光源

报道了一个高功率全光纤结构的中红外超连续谱激光源,该光源由1.55μm纳秒脉冲掺铒光纤激光器、包层抽运掺铥光纤放大器以及单模ZBLAN光纤组成。首先利用单模光纤将1.55μm纳秒脉冲激光频移至2.0μm波段,然后利用掺铥光纤放大器对其进行功率放大,最后利用ZBLAN光纤使掺铥光纤放大器输出的光谱进一步向中红外长波长方向扩展。当掺铥光纤放大器输出功率为3.95W时,ZBLAN光纤产生了2.2W的中红外超连续谱激光输出,相应的光谱范围为1.9~3.75μm,10dB光谱带宽大于1600nm。此外,通过增加掺铥光纤放大器的平均输出功率,中红外超连续谱的输出功率得到了进一步提高,当耦合进单模ZBLAN光纤的平均功率为21W时,中红外超连续谱的平均输出功率达到了16.2W,相应的光谱范围为1.9~3.5μm。     

高非线性光子晶体光纤的研究及应用

文章介绍了高非线性光子晶体光纤的特点及产生高非线性特性的基本原理,分析了在高非线性光子晶体光纤中产生超连续光谱和慢光效应的机理和其应用,并给出了国内利用文章作者研制的高非线性光子晶体光纤进行超连续谱和慢光试验的结果.