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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

光子晶体光纤中非线性传输的数值分析

利用数值方法求解了广义非线性薛定谔方程，模拟了飞秒激光脉冲在具有不同色散特性的光子晶体光纤（PCF）中非线性传输和超连续光谱的产生过程，分析了在反常色散区和正常色散区飞秒激光脉冲的非线性展宽机制，详细讨论了脉冲内拉曼散射（ISRS）、自陡峭（SS）效应以及高阶色散对超连续光谱产生的影响。分析结果表明．无论在光子晶体光纤的反常色散区、正常色散区还是在光纤的零色散点，脉冲内拉曼散射效应对长波波段的光谱展宽都具有重要的作用。讨论了高阶色散尤其是三阶色散对超连续光谱中反斯托克斯波的显著影响，合理地选择色散曲线，能够得到更宽更平坦的超连续光谱，表明了光子晶体光纤的可控色散特性的重要应用价值。     

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。     

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.     

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。     

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。     

1.55-μm supercontinuum based on dispersion-flattened photonic crystal fiber

A dispersion-flattened photonic crystal fiber with normal dispersion is designed for generating flat wideband supercontinuum, and the supercontinuum generation in this fiber is numerically analyzed. The results show that by appropriately designing the photonic crystal fiber, it can achieve flattened dispersion in the normal dispersion region. It is found that a fiber characterized by a flattened dispersion with a small normal dispersion is suitable for a flat wideband supercontinuum generation. In the process of spectral broadening, self-phase modulation effect plays a dominant role. By filtering the supercontinuum, pulses with different central wavelength over a wide spectral range can be obtained. The pulse width is determined by the bandwidth of the filter.     

1.55-μm supercontinuum based on dispersion-flattened photonic crystal fiber

A dispersion-flattened photonic crystal fiber with normal dispersion is designed for generating flat wideband supercontinuum, and the supercontinuum generation in this fiber is numerically analyzed. The results show that by appropriately designing the photonic crystal fiber, it can achieve flattened dispersion in the normal dispersion region. It is found that a fiber characterized by a flattened dispersion with a small normal dispersion is suitable for a flat wideband supercontinuum generation. In the process of spectral broadening, self-phase modulation effect plays a dominant role. By filtering the supercontinuum, pulses with different central wavelength over a wide spectral range can be obtained. The pulse width is determined by the bandwidth of the filter.     

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。     

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.     

Tapered photonic crystal fiber for supercontinuum generation in telecommunication windows

We numerically studied supercontinuum generation in a tapered photonic crystal fiber with flattened dispersion properties.The fiber was weakly tapered to have normal dispersion at wavelengths around 1.55 μm after a certain distance.We pumped 4 ps pulses with low peakpower and found that flatly broadened, wideband supercontinuum was generated in telecommunication windows.Furthermore, we also demonstrated the effects of tapered length and pulse width of the pump pulse on supercontinuum generation.     

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。     

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。