色散平坦渐减光纤中超连续谱产生的特性研究

理论研究了色散平坦渐减光纤中超连续谱的产生。研究结果表明，光纤的色散特征对光脉冲的传输和超连续谱的产生有重要影响。由于住泵浦波长处光纤的色散斜率为零，因此脉冲在光纤中传输时保持对称，并产生对称的超连续谱。光纤的色散曲线越平坦，色散曲线的两个零色散波长相距就越远，越有利于超连续谱的展宽。     

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.     

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.     

非石英玻璃光纤中产生中红外超连续谱研究进展

随着红外光纤和红外微结构光纤制作技术的成熟,中红外超连续谱成为近年来研究的热点。虽然采用的光纤玻璃材料和泵浦方案呈多样性,但迄今输出波长扩展到3 μm以上的超连续谱实验所选用的光纤玻璃材料为ZBLAN或碲化物玻璃。本文首先简介了ZBLAN玻璃和碲化物玻璃,然后介绍并总结了ZBLAN光纤和碲化物微结构光纤用于产生中红外超连续谱的研究进展和工作机理,最后对光纤中中红外超连续谱产生的发展前景作了展望。     

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.     

基于色散调制硒化锌脊形波导产生超连续谱（英文）

研究了基于色散调制硒化锌脊形波导中红外超连续谱的产生,仿真表明通过调整波导中波导芯层和包层之间的折射率差距和结构参数,零色散波长可以转移到更短的波长。用2μm厚的Ge,5As10S85玻璃作为包层可以将光场限制在4和8μm宽的波导中。为了解泵浦波长和结构参数对超连续谱产生的影响,模拟5 cm长波导在不同条件下产生的超连续谱。我们的结果表明,泵浦波长和功率以及波导参数是影响超连续谱展宽的主要原因。研究发现,4μm宽硒化锌波导在4.5μm波长20千瓦峰值功率下可以产生3.0～12.2μm(大于2倍频程)超连续谱,这有利于片上超连续光源应用在生物医学成像、中红外环境和工业传感上。     

全光纤同带泵浦宽带掺镱超荧光光纤光源的实验研究

采用自制的1018 nm光纤激光器做泵浦源,建立了全光纤同带泵浦的宽带掺镱超荧光光纤光源实验系统,首次利用同带泵浦对单程前向结构的超荧光产生进行了深入的实验研究。研究结果表明:基于同带泵浦的掺镱超荧光光源的斜率效率高达88%,半极大全宽度（Full Width at HalfMaximum,FWHM）最宽可以达到14.81 nm。掺镱光纤长度的改变,将影响超荧光光源的最大输出功率、斜率效率及中心波长,随着掺镱光纤长度的增加,最大输出功率和斜率效率下降,中心波长红移。固定光纤长度,改变泵浦功率,随着泵浦功率的增加,超荧光的最大功率和FWHM增加,光谱中心波长偏移很小。在掺镱光纤长度为5.7 m时,超荧光光源的最宽FWHM为14.81 nm,斜率效率在80.3%以上,输出功率的波动小于1%,没有驰豫振荡出现。     

石英光纤中SRS 及其连续谱研究

从理论和实验上研究了石英光纤中的SRS 及其连续谱。理论上探讨了各级stokes 线的来源与特点,分析了反斯托克斯线难以出现的原因和SRS 的阈值与光纤长度的关系,并解释了光纤长120m 时高阶stokes 线呈现连续谱的原因。实验上用Nd + 3∶YAG腔外倍频激光(波长为532nm) 泵浦石英光纤,在光纤长度分别为15m 和120m 时,各拍摄得两级和五级stokes 光谱图,测量了各级谱线的频移。理论分析和实验表明光纤越长,出现的stokes 线级次越高,转换效率越高,阈值越低,越比较容易发生SRS 效应,并易出现连续谱。理论和实验的结果相吻合。     

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。     

Self-starting, passively mode-locked Fabry-Perot fiber solitonlaser using nonlinear polarization evolution

The authors demonstrate pure self-starting mode-locked operation in a fiber Fabry-Perot cavity. The laser produces 1.6 ps transform-limited soliton pulses by means of nonlinear polarization evolution in conjunction with an intracavity fiber polarizer. This laser system can be used for the generation and study of soliton pulses in the picosecond regime. With a careful choice of the fiber dispersion and fiber length, the system should also be able to operate in the femtosecond regime. The advantage of the system over existing self-starting fiber soliton lasers is that an optical isolator (an expensive component) is not required. The replacement of the two mirrors with fiber reflection gratings would make this configuration a truly all-fiber device     

Theoretical and Experimental Study of Supercontinuum Generation in the Dispersion-Shifted Fiber

Some characteristics of supercontinuum generation in the dispersion-shifted-fiber are studied both in theory and experiment. The theoretical research shows how the fiber nonlinearities, such as self-phase-modulation, four-wave-mixing and cross-phase-modulation, play their roles in the supercontinuum generation. Some dependent parameters of supercontinuum generation, such as the fiber length, the pump power are also discussed in this paper. The experimental results agree well with the theoretical simulations.     

Design of optimum supercontinuum spectrum generation in a dispersion decreasing fiber

To facilitate the efficient support of quality-of-service(Qo S)for promising free-space optical(FSO)communication systems,it is essential to model and analyze FSO channels in terms of delay Qo S.However,most existing works focus on the average capacity and outage capacity for FSO,which are not enough to characterize the effective transmission data rate when delay-sensitive service is applied.In this paper,the effective capacity of FSO communication systems under statistical Qo S provisioning constraints is investigated to meet heterogeneous traffic demands.A novel closed-form expression for effective capacity is derived under the combined effects of atmospheric turbulence conditions,pointing errors,beam widths,detector sizes and Qo S exponents.The obtained results reveal the effects of some significant parameters on effective capacity,which can be used for the design of FSO systems carrying a wide range of services with diverse Qo S requirements.     

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.     

Generation of pedestal-free 22-fs ultrashort pulse using highly nonlinear fiber and reverse-dispersion fiber

We present an all-fiber system for generating pedestal-free 22-fs ultrashort pulses with a single-peak spectrum. High-power Raman soliton pulses and a normally dispersive highly nonlinear fiber are used to generate a smooth, broadened single-peak spectrum. Then, the higher order dispersion is compensated for using a hybrid fiber composed of a reverse-dispersion fiber and a standard single-mode fiber, which allows pedestal-free ultrashort pulses to be successfully generated. To our knowledge, this is the first demonstration of pedestal-free 20-fs-class ultrashort pulse generation without spectral distortion using an all-fiber configuration.     

双零色散介质中cosh-Airy脉冲超连续谱产生与操控

结合分步傅里叶方法和四阶Runge-Kutta积分法,研究了有限能量cosh-Airy脉冲在双零色散介质中的超连续谱产生与操控。首先,详细讨论了特征参数截断系数a、初始啁啾C和分布因子χ₀对cosh-Airy脉冲在双零色散介质中的演化影响,并统计了a、C和χ₀对超连续谱宽度的影响。然后,进一步研究了高阶非线性效应对cosh-Airy脉冲产生超连续谱的影响。结果表明:通过操控cosh-Airy脉冲的特征参数可以控制超连续谱的宽度;当存在高阶非线性效应时,超连续谱的平坦性会受到影响。研究结果为超连续谱的产生和操控以及宽带激光光源提供一些理论基础。     

Highly Functional All-Optical Control Using Ultrafast Nonlinear Effects in Optical Fibers

Using the optical fibers and ultrashort pulses, we can demonstrate highly functional optical control. We have succeeded in generation of low-noise, ultraflat, high-quality supercontinuum (SC). Recently, octave spanning high-quality SC is also generated. The carrier envelope offset frequency measurement and ultrahigh resolution optical coherence tomography are demonstrated using SC. We can also generate widely wavelength-tunable ultrashort soliton pulses using soliton self-frequency shift (SSFS). So far, several new techniques have been proposed and demonstrated using SSFS. The author has also discovered novel two-pulse trapping phenomena. The ultrafast all-optical switching is demonstrated using the pulse trapping techniques, and principles and characteristics are described.      

光纤中超连续谱产生机理研究

从非线性薛定谔方程出发,分析了自相位调制(SPM)和群速度色散(GVD)效应对超连续(SC)谱的贡献。利用主动锁模光纤激光器作为泵浦光源。对色散位移光纤(DSF)中的SC谱展宽进行了实验研究。理论和实验结果表明,光纤中,SC谱的产生主要是SPM和GVD共同作用的结果：对于皮秒泵浦脉冲和常规光纤,仅考虑SPM和GVD效应,就可以较精确地描述光纤中SC谱的产生过程。     

2.5GHz光孤子传输

利用半导体光孤子源和掺铒光纤放大器成功地实现了２．５ＧＨｚ光孤子２１ｋｍ传输，并利用简化的半导体光孤子传输系统理论模型对实验系统进行了数值模拟计算，计算结果与实验结果基本一致。