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.     

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。     

光子晶体光纤红外超宽带连续谱的研究

使用钛宝石飞秒激光器抽运一根长30 cm的光子晶体光纤,产生了从可见到近红外区的超连续谱,波长范围为465~2500nm,光谱展宽范围达到了2000nm以上,同时研究了超连续谱产生的机制.     

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.     

光子晶体光纤的超连续光谱及其应用

介绍了在光子晶体光纤(PCF)中产生超连续光谱的实验和理论研究成果以及超连续光谱在光学频率测量等方面的应用进展。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

基于超连续谱产生的光子晶体光纤的特性研究

采用多极法理论研究了光子晶体光纤的非线性和色散特性。数值模拟结果表明:保持孔直径与孔间距比值d/Λ不变,减小孔直径d;或者保持孔直径d不变,增大d/Λ,这两种方法都不仅可以显著提高光子晶体光纤的非线性,而且能够有效地将其零色散点λ0向短波长方向移动。光子晶体光纤的高非线性和灵活可调的色散特性为产生宽带、可见的超连续谱提供了前提条件。     

Supercontinuum Generation in Normal-dispersion Photonic Crystal Fiber Using Picosecond Pulse

Studied is the Super-continuum （SC） generation of a normal-dispersion photonic crystal fiber （PCF） using picosecond pulse excitation. In experimental analyses, a 237 nm broadband infrared continuum was generated pumped at 1 550 nm（normal dispersion regime） by 1.6 ps pulses from an erbium-doped fiber laser. In addition, we conduct the numerical analyses of SC based on generalized nonlinear Schr dionger equation. The results have been applied to investigate the dominant physical processes underlie the generation - of SC. We conclude that dispersion, self-phase modulation （SPM）, four-wave-mixing （FWM） and Raman scattering are determinants of SC generation rather than fission of soliton in normal-dispersion PCF.     

光子晶体光纤超连续谱高阶孤子分裂的数值模拟

基于高阶非线性薛定谔方程,利用分布傅里叶方法（SSFM）数值模拟了高阶孤子在光子晶体光纤反常色散区中的传输。从脉冲形状和频谱两个方面分析讨论了三阶色散、自陡峭效应和脉冲内拉曼散射对高阶孤子传输的影响。计算结果表明：高阶效应使高阶孤子的演化不再具有周期性特性。其中,对高阶孤子分裂起主导作用的是三阶色散和孤子内拉曼散射。高阶效应均使最终频谱得到了不同程度的展宽。     

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。     

光子晶体光纤非线性光学研究新进展

光子晶体光纤(PCF),又称为多孔光纤(HF)或微结构光纤(MF),是一种单一介质,并由波长量级的空气孔构成微结构包层的新型光纤。光子晶体光纤呈现出许多在传统光纤中难以实现的特性,从1996年世界上制造出第一根光子晶体光纤以来,它便受到了广泛关注并成为近年来光学与光电子学研究的一个热点。介绍了光子晶体光纤的制作工艺、工作原理、基本特性、目前的研究重点和进展情况,重点评述了光子晶体光纤非线性光学方面的研究及其潜在的应用。     

光子晶体光纤的新进展及其应用

光子晶体光纤(PCF)由于具有传统光纤无法比拟的奇异特性，吸引了学术界和产业界的广泛关注，在短短的十年内PCF的研究取得了很大的进展。阐述了PCF的一些独特光学性质、制作技术及其理论研究方法，介绍了PCF的最新成果，并展望了其学术研究和应用前景。