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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

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。     

多芯光子晶体光纤在国内高校的研究现状

多芯光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)具有设计更灵活、大模场面积、显著的非线性效应以及纤芯耦合等优势.介绍了国内高校对多芯光子晶体光纤研究的状况,主要包括高功率超连续谱、高功率光纤激光器和光器件三个研究方向.同时,讨论了多芯PCF的可调结构参数.     

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。     

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.     

Spectrally Sliced Pulse Source Based on Supercontinuum Generation in Dispersion-Flattened Photonic Crystal Fiber

Designed is dispersion-flattened photonic crystal fiber（PCF） with small normal dispersion for generating flat wideband supercontinuum （SC）, and demonstrated is spectrally sliced pulse source which utilizes supereontinuum generated in dispersion-flattened photonic crystal fiber. The results show that the fiber characterized by flattened dispersion with small normal dispersion is suitable for flat wideband supercontinuum generation. In the process of spectral broadening, self-phase modulation plays a dominant role. By filtering the supercontinuum, multi-wavelength pulses can be obtained over a wide spectral range.     

Simulation investigation on supercontinuum generation and noise characteristics in the normal dispersion photonic crystal fiber with a flattened dispersion profile

The propagation of picosecond pulses in the normal dispersion photonic crystal fiber(PCF) with a flattened dispersion profile is numerically investigated.The characteristics of the amplitude and phase noise in the supercontinuum generation(SCG) are also analyzed through the coherent sliced supercontinuum(SC).The effects of self-phase modulation(SPM) and four-wave mixing(FWM) on broadening of the pulse spectrum are presented,and the best amplitude and phase noise performance with a specific fiber length is o...     

Supercontinuum generation at 1.55 µm in an all-normal dispersion photonic crystal fiber with high-repetition-rate picosecond pulses

In order to measure the axial flowing velocity of carbon particle suspension with particle diameter of tens of micrometers, the photoacoustic Doppler（PAD） frequency shift is calculated based on a series of individual A scans using an autocorrelation method. A 532 nm pulsed laser with repetition rate of 20 Hz is used as a pumping source to generate photoacoustic signal. The photoacoustic signals are detected using a focused piezoelectric（PZT） ultrasound transducer with central frequency of 5 MHz. The suspension of carbon particles is driven by a syringe pump. The complex photoacoustic signal is calculated by the Hilbert transformation from time-domain photoacoustic signal, and then it is autocorrelated to calculate the Doppler frequency shift. The photoacoustic Doppler frequency shift is calculated by averaging the autocorrelation results of some individual A scans. The advantage of the autocorrelation method is that the time delay in autocorrelation can be defined by user, and the requirement of high pulse repetition rate is avoided. The feasibility of the proposed autocorrelation method is preliminarily demonstrated by quantifying the motion of a carbon particle suspension with flow velocity from 5 mm/s to 60 mm/s. The experimental results show that there is an approximately linear relation between the autocorrelation result and the setting velocity.     

光子晶体光纤的应用和进展

光子晶体光纤(PCF)和普通光纤相比，具有宽带单模特性、超大数值孔径、独特的色散性和超连续光谱等特性。介绍了PCF的原理，讨论了PCF的各个特性以及相应的应用和研究进展。     

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.     

光子晶体光纤中频率啁啾对超连续谱的影响

基于光子晶体光纤(PCF)中脉冲演变遵循的非线性演化方程,用数值方法研究了反常色散情形下PCF中脉冲初始啁啾对超连续谱产生的影响,探讨了利用脉冲啁啾控制超连续谱产生的方法。结果表明：正、负啁啾均使谱展宽的速率变小,尤其是负啁啾情形,展宽速率更小,说明啁啾对谱展宽是不利的;在一定的初始条件下,光谱展宽存在一个最佳光纤长度,在这个长度处,光谱展宽最大,进一步增加光纤长度,谱宽基本保持不变;相对于变换极限脉冲来说,初始正、负啁啾脉冲对应的最佳光纤长度分别缩短和延长。     

高平均功率超短脉冲激光光纤放大研究进展

超短脉冲激光在生物医学、激光微加工、国防等领域有重要的应用.随着双包层光纤激光技术的发展,基于双包层光纤或光子晶体光纤(PCF)的超短脉冲激光光纤放大技术由于在体积、效率、光束质量等方面的优势,倍受关注.主要报道国内外皮秒和飞秒级超短脉冲激光光纤放大的最新进展,介绍其在微加工、超连续谱产生和太赫兹波产生方面的典型应用.