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.     

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。     

基于级联调制器抽运源的1.7μm波段宽带光源

设计实验实现了基于级联调制器抽运源的1.7μm波段宽带光源。采用连续光源和级联调制器组合的方式,在反常色散区域抽运1 km的高非线性色散位移光纤,产生了超连续谱。经过光纤波分复用器的滤波后,得到了峰值波长为1748.9 nm、输出功率约为22 dBm、20 dB光谱范围为1.6~2μm、相应的谱宽约为419 nm的宽带光源。通过增加Sagnac滤波器,得到了频率周期为2.5 nm、强度周期为9.5 dB的多波长宽带光源。此外,分析了抽运功率、波长及重复频率对超连续谱展宽的影响。     

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。     

国内首次实现瓦级全光纤中红外超连续谱光源

中红外超连续谱(SC)光源在工业过程控制、环境监测、生物医学等众多领域有着广泛的应用,是目前国内外的研究热点。在中红外SC产生的抽运源上,随着2μm波段脉冲激光的发展,用长波长脉冲源抽运软玻璃光纤产生超连续谱是中红外SC光源发展的一个新尝试。目前,2μm脉冲激光可经由掺铥光纤放大器实现高功率输出,经由2μm波段的     

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。     

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。     

微结构硫化物光纤中中红外超连续谱的产生

采用微结构硫化物光纤,以非线性薛定谔方程(NLSE)为理论模型,利用分步傅里叶计算方法,研究了输入脉冲的中心频率和脉宽对中红外超连续谱(SC)的影响。采用的微结构硫化物光纤具有较高的非线性效应和两个零色散波长(ZDW),且第二个零色散波在中红外波段,有利于中红外超连续谱的产生。通过仿真发现,输入脉冲的中心频率和脉宽对连续谱的产生都有很大影响。数值仿真中,输入具有不同频率和脉宽的脉冲,输入波长接近零色散点时较远离色散点时产生的中红外超连续谱要宽。而且,在保持峰值功率不变的情况下,脉宽对频谱展宽程度没有影响,但是较短脉冲产生的中红外超连续谱更为平坦。     

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.     

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.     

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.     

利用色散平坦渐减PCF产生宽带超连续谱

结合光子晶体光纤(PCF)和拉锥的优点设计了一种色散平坦渐减PCF,用于在通信波段产生宽带超连续谱,并对该光纤中超连续谱的产生进行了详细的研究.结果表明:经过合理设计的PCF可以同时具有色散平坦和色散渐减的特性,并且其色散曲线沿光纤长度由反常色散区逐渐移动到正常色散区.这样的色散特性适合于产生宽带平坦的超连续谱.超连续谱形成的过程中以自相位调制效应为主,高阶非线性效应也起一定的作用,其中以拉曼散射效应的影响更为显著.另外,拉锥长度、光纤色散参量的渐减方式以及抽运脉冲的有效峰值功率和宽度对平坦超连续谱的产生均有着重要的影响.     

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.     

超短脉冲特性对PCF中超连续谱产生的影响

采用分步傅立叶方法模拟了飞秒高斯脉冲在正常色散光子晶体光纤中超连续谱的产生.分析了脉冲特性对超连续谱的影响.结果表明峰值功率一定时,当脉宽小于100 fs时,脉宽变小超连续谱变宽,但是平坦性先变好后变差;当脉宽大于100 fs时,脉宽的变化对超连续谱基本没有影响;脉宽一定时,峰值功率变大超连续谱变宽,平坦性先变好后变差...     

双零色散点光子晶体光纤中红移辐射的产生

为了研究双零色散点光子晶体光纤反常色散区中红移辐射的产生,采用分步傅里叶方法数值模拟了飞秒脉冲在双零色散点光子晶体光纤反常色散区中的非线性传输和红移辐射的产生。分析了抽运脉冲的脉宽、抽运波长、入射峰值功率对红移辐射的影响。结果表明,当超短脉冲靠近第2个零色散点的反常色散区进行抽运时,喇曼孤子受高阶色散效应的影响产生了红移辐射现象;当增大抽运激光的入射峰值功率或增大脉宽时,红移辐射均增强,而且发生了明显的分裂现象,其起因可归结于喇曼孤子和红移辐射之间的交叉相位调制;此外,3阶色散效应对红移辐射也有重要的影响,当增大3阶色散系数时,红移辐射可得到进一步加强。     

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。     

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。     

基于光子晶体光纤的百瓦超连续谱的产生

为得到脉冲宽度为12ps、中心波长为1064nm的高功率超连续谱,提出了一种全光纤结构的超连续谱光源。将该光源作为抽运源,其输出功率在芯径为10mm的掺镱光纤中被放大至189 W。利用窄带滤波器、级间隔离器对脉冲信号进行放大,将放大后的脉冲信号注入长度为0.5 m的光子晶体光纤,产生了光谱范围为460~1700nm、输出功率为102.8 W的超连续谱。由于存在量子亏损和光谱传输损耗,当抽运功率从1.5 W提高至189 W时,超连续谱光-光斜率效率从90%降低至20%。