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。     

利用正常色散微结构光纤产生平坦的超连续谱

利用1.7 ps、中心波长为1565 nm和重复率为10 GHz光脉冲入射到80 m具有小正常色散的色散平坦高非线性微结构光纤(HNL-MF)中,在通信波段获得平坦展宽超过100 nm的超连续谱.除了在泵浦波长附近几nm波长范围内具有小的谱峰外,超连续谱在1 512～1 612 nm内具有±3 dB的平坦度.同时研究了不同泵浦波长情况下超连续谱产生的情形,由于不同泵浦波长处光纤的色散斜率不同,因此对超连续谱对称性产生一定的影响,色散斜率越小,产生的谱的对称性也越好.     

耗散孤子脉冲的放大和超连续光谱的产生

研究了耗散孤子的放大和非线性展宽的动力学过程,成功研制了一种紧凑型高相干性的全光纤超连续光谱源。种子源为工作在全正色散域的耗散型全光纤锁模激光器,采用了非线性偏振旋转锁模技术,输出的耗散孤子脉冲宽度为5.18ps,重复频率为24MHz。种子光脉冲经过15m双包层掺镱光纤放大后,耦合到长度为10m的光子晶体光纤中,产生了超过一个倍频程的超连续光谱(550~1750nm),最大输出功率为700mW。系统研究了耗散孤子的放大过程以及光子晶体光纤反常色散区产生超连续谱的动力学过程和机理。     

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.     

腔内滤波带宽对正色散束缚态孤子形成的影响

以被动锁模正色散掺镱(Yb)光纤激光器为研究对象,实验比较研究了激光腔内滤波带宽对产生正色散束缚态孤子的影响。采用高掺Yb光纤作为增益介质,半导体饱和吸收镜作为锁模部件,获得1064 nm全光纤线型腔锁模激光器。当腔内带通滤波器选用不同带宽(0.2,1.0,1.2,2.3 nm)时,观察到不同的皮秒锁模脉冲状态。在滤波带宽较小(0.2 nm)或较大(2.3 nm)时,仅产生稳定的单脉冲耗散孤子;相反地,在滤波带宽适中(1.0 nm或1.2 nm)时,分别观察到典型的相位差为π和-π/2束缚态耗散孤子,脉宽和脉冲间隔均分别为3 ps和14 ps。将束缚态耗散孤子激光通过主控振荡功率放大技术放大至1.4 W后,将其注入到光子晶体光纤中,获得了750～1600 nm超连续谱(10 dB谱宽),输出功率约为0.7 W,相比传统耗散孤子抽运具有更好的光谱平坦性。     

光纤超连续光源的实验研究

从光纤中产生超连续谱(SC)的物理机制出发,对各种非线性效应、光纤参数以及泵浦脉冲参数对SC谱特性的影响进行了简要的理论分析.实验中,利用非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器输出的1.5 ps超短脉冲作为泵浦源,无需压缩直接泵浦不同色散特性和长度的光纤,完成超连续谱的产生和谱切片实验.实现20 dB谱展宽大于450 nm,长波段扩展到14780 nm以上(受测试仪器限制),在百纳米范围段的不平坦度<(0.25 dB,达到国内最好水平.     

高非线性光纤正常色散区皮秒脉冲泵浦产生的超连续谱平坦性

数值仿真研究了双曲正割、高斯(m=1)、超高斯脉冲(m=5)形皮秒脉冲泵浦在高非线性光纤正常色散区中时频域演化特性.计算结果表明,在峰值功率、泵浦光纤参数相同的条件下,泵浦脉冲前(后)沿陡峭程度影响频谱展宽宽度,脉冲前后沿越陡峭,生成的超连续谱带宽越宽;脉冲前(后)沿的拖尾部影响展宽频谱的平坦性,脉冲前后沿拖尾越小,生成的超连续谱频带平坦度越高.泵浦脉冲中是否含有啁啾对生成的超连续谱的带宽和平坦性影响微弱.脉冲前(后)沿拖尾小或者陡峭的脉冲在高非线性光纤正常色散区可以产生带宽平坦的超连续谱.     

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。     

光子晶体光纤的中红外超连续谱的产生与控制

设计了一种低损耗高非线性的碲化物PCF（光子晶体光纤）.采用分布傅里叶算法求解非线性薛定谔方程,数值模拟了基于PCF的中红外波段SC （超连续谱）的产生与控制.分析了PCF参量及泵浦光源参数对SC的影响,得出SC宽度和平坦度随PCF长度、色散参量以及泵浦脉冲峰值功率、初始宽度的变化规律.仿真结果表明,中心波长为2μm、脉冲峰值功率为20kW、脉冲宽度为100fs的泵浦光在PCF中传输15cm 时,SC谱宽可达1330-3450nm,且具有良好的平坦度.     

基于光子晶体光纤高质量超连续谱的优化设计

采用分布傅里叶方法模拟了光子晶体光纤超连续谱的产生,分析了超连续谱的产生机理与不同光子晶体光纤超连续谱的特点,分析结果表明,在正常色散区可以获得高质量超连续谱.优化光子晶体光纤结构,利用脉宽为100 fs、峰值功率为500 W的高斯脉冲通过10 m长的优化光子晶体光纤,在1 550 nm波段获得了宽度为210 nm、平坦度为3 dB的超连续谱.     

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。     

基于光子晶体光纤和飞秒激光源的近红外波段宽带孤子和可见区高效色散波产生的实验

将钛宝石激光器产生的飞秒激光脉冲泵浦实验室自制的高非线性双折射光子晶体光纤,脉冲的中心波长为820 nm,位于光子晶体光纤的接近于零色散的反常色散区.实验结果表明:随着泵浦功率的增加,一阶孤子的中心波长发生了红移,同时产生的色散波的中心波长则发生蓝移进入可见光区.当泵浦功率达到0.45 W时,色散波与残余泵浦的输出功率比为42.67,色散波的带宽达到81 nm,而处于近红外波段的红移孤子带宽可达231 nm.利用高非线性光子晶体光纤产生近红外波段宽带孤子和可见区高效色敬波的实验对飞秒激光频率转换和光谱展宽具有很好的借鉴意义.     

皮秒脉冲在色散位移光纤中产生的超连续谱

利用1.5ps高峰值功率脉冲泵浦色散位移光纤(DSF)得到的超连续(SC)谱实验结果:大于泵浦波长一侧的20dB带宽大于266.8nm,其中200nm范围内不平坦度<±2dB,1690～1780nm的不平坦度<±0.25dB;小于泵浦波长一侧的10dB带宽232nm,其中145nm范围内不平坦度<±2dB,1306nm～1368nm的不平坦度<±0.25dB。利用F P滤波器进行谱切片,在大于泵浦波长一侧和小于泵浦波长一侧分别得到顶部平坦的间隔2.52nm的95和57个波长输出。     

全正常色散锁模PbSe量子点光纤激光器的数值研究

为突破传统光纤激光器因增益介质为稀土掺杂光纤，辐射波长相对固定的困境，由于量子点尺寸依赖的辐射波长，本文提出全正常色散锁模PbSe量子点光纤激光器，通过数值计算得到了1.7μm稳定的耗散孤子锁模，并系统地数值研究了使用该激光器输出耗散孤子的启动动力学、谐振腔内激光的演化和激光器的稳态输出特性，探索了增益光纤的长度和浓度、谐振腔的长度对输出特性的影响。当泵浦功率为0.1 W时，最佳的增益光纤长度为0.3 m，掺杂浓度为12×10²¹ m^-3，此时的脉冲宽度为7.59 ps，光谱的宽度为13.77 nm，耗散孤子在单模光纤长度为2～7 m范围内保持稳定。当被动光纤长度为0.1 m时，激光器输出了22个峰、包络宽度为22.33 nm的多波长激光，光谱覆盖了1678～1724 nm，此时时域中观察到一对间隔为4 ps、单脉冲宽度为0.92 ps的孤子对。该研究结果对超快量子点光纤激光器的建立和优化提供了理论指导，为特殊波长超快光纤激光提供了新的选择。     

高非线性光子晶体光纤中超连续谱产生的特性研究

利用数值方法求解广义非线性薛定谔方程,数值模拟了光脉冲在高非线性光子晶体光纤正常色散区超连续谱产生的演化,研究和分析了脉冲参数如峰值功率,脉冲宽度及初始频率啁啾对超连续谱形成的影响.结果表明,当脉冲峰值功率一定时,随着传输距离增大,超连续谱随之愈宽,平坦度愈好;随着脉冲峰值功率逐渐增大,超连续谱随之更宽,平坦度有所劣化.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;具有适当的正负啁啾脉冲,在高非线性光子晶体光纤传输中获得宽而平坦超连续谱.     

基于PbS量子点的可调谐高能量锁模光纤激光器

基于低维纳米材料的飞秒光纤激光器在光学开关、光纤传感和光通信领域中发挥着重要的作用。然而,低损伤阈值限制了其在高能量激光领域的实际应用。为了解决这一问题,实验中基于PbS量子点饱和吸收体,在近零色散区研究掺铒光纤激光器的飞秒脉冲输出特性,脉冲中心波长为1 568.6 nm,光谱的3 dB带宽为11.4 nm,脉冲半高全宽为361 fs。利用多模光纤中的非线性多模干涉效应实现带宽可调的光谱滤波效应,调节偏振相关“基模”引起的群时间延迟量调控腔内总色散量,升高泵浦驱动电流达到饱和吸收体的反饱和吸收特性区域,实现从展宽脉冲到高能量耗散孤子共振脉冲的切换。由于局部的非同步色散波与孤子之间的相消干涉效应,导致耗散孤子共振脉冲光谱出现了dip型边带和Kelly边带不对称地分布在光谱两边的现象。通过调谐腔内脉冲的偏振状态和泵浦功率,高能量脉冲的半高全宽可以在7.7～23 ns之间调谐。当泵浦驱动电流达到800 mA时,腔内激光脉冲能量为34.8 nJ,其损伤阈值大于60 mJ/cm²。该工作为实现高效、高能量飞秒光纤激光提供了新的解决方案。     

亚皮秒自起振被动锁模掺铒光纤激光器

理论分析了利用非线性偏振旋转效应锁模激光器的机理。实验得到平均输出功率0．313mW、重复频率13．9MHz的自起振稳定被动锁模输出,中心波长1562．3nm,脉冲半极大全宽度(FWHM)1．5ps。利用孤子压缩效应,将输出脉冲压缩到750fs,并观察到高阶孤子的分裂现象。     

双波长可切换飞秒锁模光纤激光器

报道了基于非线性偏振旋转技术的双波长可切换飞秒锁模光纤激光器.通过改变泵浦功率以及偏振控制器状态,激光器在波长1533.2 nm和1557.2 nm处可实现双波长锁模,两个波长的间隔为24 nm.在这两个波长之间还可实现可切换运作,对应的3 dB带宽分别为5.53 nm和4.69 nm,脉冲宽度分别为730 fs和89...     

C+L波段掺铒光纤被动锁模激光器

提出并证明了一种宽光谱被动锁模掺铒光纤激光器,为光学频率梳和光纤飞秒脉冲的产生奠定了基础。该激光器基于非线性偏振旋转的锁模机理,同时在大的正常色散区合理地将C波段和L波段掺铒光纤结合,确保激光器具有C+L波段的增益谱覆盖。当泵浦功率为350mW时,脉冲稳定的以基频4.32MHz运转,3dB带宽为60nm,20dB覆盖了1522~1630nm,实现了增益带宽内光谱的完全覆盖。这种利用增益拼接加宽光谱的方法可以有效避免光谱成分的非线性相位噪声,并且有利于进一步压窄脉冲。     

非线性光纤环形镜掺铒光纤激光器的实验研究

为了研究掺铒光纤激光器超短脉冲的产生,采用增益平坦型掺铒光纤放大器、两个偏振控制器以及3个耦合器,利用非线性光纤环形镜加成脉冲锁模技术,通过改变偏振控制器的方向,获得最大输出功率为0.6mW的脉冲输出,对应的光谱宽度9nm、中心波长1561nm、脉冲宽度434ps、脉冲的重复频率为1.1MHz.该脉冲经过掺铒光纤放大器放大后,最大输出功率为10.8mW.放大后锁模脉冲的中心波长保持不变、光谱带宽稍有变窄、输出功率明显增大、脉冲宽度展宽为495ps.实验结果表明,采用商用的掺铒光纤放大器可实现结构简单、调节方便的掺铒光纤激光器超短脉冲输出,且掺铒光纤激光器可以实现自启动,并长时间稳定锁模工作.