小芯径折射率引导型光子晶体光纤的制备和研究

介绍一种小芯径折射率引导型光子晶体光纤(PCF)的拉制方法.制备出的光纤纤芯周围第一层空气孔发生形变,呈柚子形,其芯径为1.7μm,孔间距A和空气孔直径d分别为3.4 μm和2.8μm.由于光纤结构的特殊性,采用有限元法在200～1600 nm波段对其基模有效折射率、色散系数、有效模场面积以及非线性系数进行了数值模拟计算.经过理论计算,这种光纤在所研究的波段具有极高的非线性系数且表现为反常色散,这些特性十分有利于超连续谱的产生.在测量了光纤的损耗、色散等基本特性后,选取损耗较小凡位于光纤反常色散区域,中心波长为800 nm的飞秒激光作为光源,将不同功率的超短激光脉冲耦合入光纤,对这种小芯径折射率引导型光子晶体光纤产生超连续谱的过程进行了测量和分析.     

高非线性光子晶体光纤及其超连续谱研究

文章作者设计并制造了一种纯硅芯高非线性光子晶体光纤,该光纤纤芯直径为1.65 μm,空气微孔直径为4.75 μm,孔中心间距为5.35 μm,零色散波长为1 120 nm,800 nm波长的色散为-88 ps/(nm·km).将能量为5 nJ、重复频率为100 MHz、中心波长为800 nm的30 fs的钛蓝宝石激光脉冲耦合入2 m长的该高非线性光子晶体光纤中,得到了450～1 400 nm宽波段范围内的超连续光谱.     

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.     

两级光纤中的中红外超连续谱产生

利用数值方法求解了广义非线性薛定谔方程,分析了中红外超连续谱在两级光纤中的产生机制。模拟结果表明,自相位调制、受激拉曼散射和色散波放大使频谱在带两个零色散波长的高非线性SF57光子晶体光纤(PCF)中得到了极大的展宽。在较短的SF57-PCF中,获得了3 dB功率谱覆盖范围为1800~3500 nm的高带宽、平坦度好的中红外超连续谱。而且,超连续谱的长波长边沿随着抽运脉冲峰值功率的增大而进一步展宽。     

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。     

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。     

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。     

高非线性色散平坦光子晶体光纤的理论研究

为了研究光子晶体光纤结构参数对非线性系数及色散特性的影响,采用全矢量等效折射率模型,进行了理论分析,研究发现,通过调节结构参数可以灵活设计波长在820nm附近具有较大非线性系数和较低色散值的高非线性色散平坦光子晶体光纤。结果表明,高非线性色散平坦光子晶体光纤的研究前景十分可观。     

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.     

Photonic crystal fiber with novel dispersion properties

Our recent research on designing microstruc-tured fiber with novel dispersion properties is reported in this paper. Two kinds ofphotonic crystal fibers (PCFs) are introduced first. One is the highly nonlinear PCF with broadband nearly zero flatten dispersion. With introducing the germanium-doped (Ge-doped) core into highly non-linear PCF and optimizing the diameters of the first two inner rings of air holes, a new structure of highly non-linear PCF was designed with the nonlinear coefficient up to 47 W-1·km-1 at the wavelength 1.55 μm and nearly zero flattened dispersion of ±0.5 ps/(km·nm) in telecom-munication window (1460-1625nm). Another is the highly negative PCF with a ring of fluorin-doped (F-doped) rods to form its outer ring core while pure silica rods to form its inner core. The peak dispersion - 1064 ps/(km·nm) in 8 nm full width at half maximum (FWHM) wavelength range and -365ps/(km·nm) in 20nm (FWHM) wavelength range can be reached by adjusting the structure parameters. Then, our recent research on the fabrication of PCFs is reported. Effects of draw parameters such as drawing temperature, feed speed, and furnace temperature on the geometry of the final photonic crystal fiber are investigated.     

高非线性高双折射光子晶体光纤特性的理论研究

基于全矢量有限元法,设计了一种新型零色散波长为1550 nm的高非线性双折射光子晶体光纤(PCF),并分析了PCF的有效折射率、有效模面积、双折射、非线性系数以及色散特性。数值结果表明,当光纤包层孔间距Λ为1.6 μm,大空气孔直径d1为1.4 μm,小空气孔直径d2为0.74 μm和0.76 μm时,光纤的零色散波长都在1550 nm处,该PCF的双折射为4.049×10-3,非线性系数可达28.4 km-1·W-1。这种高非线性高双折射PCF,在1550 nm通信波段具有非常广泛的应用前景。     

平坦色散高非线性光子晶体光纤的研究与制备

运用改进的全矢量有效折射率法(IFVEIM),研究了光子晶体光纤结构(PCF)参数改变时,光纤的色散系数、有效模场面积和非线性系数随波长的变化规律,深入地分析了光纤可调节的色散平坦特性和高非线性特性.课题组自行设计了一种在900nm附近具有低平坦色散高非线性特性的光子晶体光纤.并且在改进工艺的基础上,采用包层孔充气挤压法对其进行了制备,虽然制得的光纤各参数未达到设计值,但其在800～1000nm的波段内色散值仅为0.75ps/km/nm,非线性系数值则达到了30(W/km)-1,这在当前规则结构的纯硅光子晶体光纤中已经较高.     

Design of nonlinear photonic crystal fibers with ultra‐flattened zero dispersion for supercontinuum generation

The study reports on the design and performance of two air‐filled and two partial ethanol‐filled photonic crystal fiber (PCF) structures with a tetra core for supercontinuum generation. The PCFs are nonlinear with ultra‐flattened zero dispersion. Holes with smaller areas are used to create a tetra‐core PCF structure. Ethanol is filled in the holes of smaller area while the larger holes of cladding region are air‐filled. Optical properties including dispersion, effective mode area, confinement loss, normalized frequency, and nonlinear coefficient of the designed PCF structures are investigated via full vector finite difference time domain (FDTD) method. A PCF structure with lead silicate as wafer exhibits significantly better results than a PCF structure with silica as wafer. However, both structures report dispersion at a telecommunication wavelength corresponding to 1.55 μm. Furthermore, the PCF structure with lead silicate as wafer exhibits a very high nonlinear coefficient corresponding to 1375 W^?1 km^?1 at the same wavelength. This scheme can be used for optical communication systems and in optical devices by exploiting the principle of nonlinearity.     

色散平坦光子晶体光纤色散和非线性特性研究

采用矢量波束传播法(BPM) 对不同结构参量的光子晶体光纤的色散和非线性特性进行数值分析,计算色散平坦光子晶体光纤的参量色散系数D,有效模场面积 和非线性系数 。分析D, 与色散平坦光子晶体光纤结构参量空气孔间距 、空气孔直径 之间的关系。分析结果表明,调节色散平坦光子晶体光纤的结构参量可以灵活地调整色散和非线性特性。得到的色散平坦光子晶体光纤在1300nm到1600nm波长范围内,色散值仅在-1.5 左右,非线性系数都大于19 。     

折射率引导型光子晶体光纤中反斯托克斯线的研究

设计并拉制了零色散波长在800 nm附近的折射率引导型光子晶体光纤, 仿真结果表明光子晶体光纤的基模零色散波长在825 nm处, 并能在基模下产生四波混频现象(FWM)。使用中心波长为810 nm的200-fs Ti宝石激光器抽运, 在短波段610 nm处出现了显著的反斯托克斯效应, 输出信号光为高斯形, 这表明在光子晶体光纤的基模下产生了反斯托克斯光。产生的反斯托克斯信号的能量远远高于剩余抽运激光的能量, 输出的反斯托克斯光和抽运光的频谱之比超过了1.2, 其转化效率超过了50％, 很好的实现了波长转换。     

Design of supercontinuum source for coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy

A new method to obtain supercontinuum（SC） source for multiplex coherent anti-stokes Raman scattering （CARS） microscopy is proposed. The nonlinear propagation in photonic-crystal fibers （PCF） of femtosecond pulse laser with central wavelength at 800.9 nm is studied with scalar wave theory. Based on the incident laser power and dispersion of PCF, super broadband source for multiplex CARS microscopy is designed.     

一种新型高双折射光子晶体光纤的特性研究

设计了一种新型结构的光子晶体光纤,建立了对应的数学模型并采用全矢量有限元法对该结构的模场强度、有效折射率、双折射、色散特性和限制损耗进行了分析。研究表明,该光纤在1 550nm处可以获得高达7.66×10-3的双折射和低至12ps/(nm·km)的色散值,同时在800～1 600nm波长范围内,始终保持1.498×10-6 dB/m以下的极低限制损耗,可用于制造极低色散值的保偏光纤。