高非线性石英基光子晶体光纤产生宽带可调中红外孤子的实验研究

通过研究发现双包层结构能降低石英基光子晶体光纤损耗,并制备一种高非线性双包层结构石英基光子晶体光纤来进行实验研究.使用钛宝石飞秒激光器将实验室自制的石英基光子晶体光纤在反常色散区泵浦,研究不同的泵浦功率和泵浦波长对中红外超短脉冲孤子的影响,并分析了石英基高非线性光子晶体光纤中红外超短脉冲孤子产生的物理机理.结合实验发现在泵浦功率为827 nm,功率从0.1 W增加到0.42 W时,中红外第一个孤子随功率增加从1933 nm移动到2403 nm,可调范围达到470 nm,为石英基光子晶体光纤产生宽带可调超短脉冲源创造了很好的条件.     

High-power mid-infrared supercontinuum sources: Current status and future perspectives

Mid-infrared (mid-IR) supercontinuum (SC) sources have recently gained much interest, as a key technology for such applications as spectral molecular fingerprinting, laser surgery, and infrared counter measures. However, one of the challenges facing this technology is how to obtain high power and broadband light covering a spectral band of at least 2–5 µm, especially with a very efficient output power distribution towards the mid-IR region. This directly affects their usage in the practical applications mentioned above. Typically, an SC is generated by pumping a piece of nonlinear fibre with high-intensity femtosecond pulses provided by mode-locked lasers. Although this approach can lead to wide continuum generation, the output power is limited only to the milliWatt level. Therefore, to achieve high-power SC light, other laser systems need to be employed as pump sources.This paper briefly reviews SC sources, restricted to those with an average output power of over 0.4 W and simultaneously with a long-wavelength edge of the continuum spectrum of over 2.4 µm. Firstly, the concepts of SC generation, including the nonlinear phenomena governing this process and the most relevant mid-IR fibre materials, are presented. Following this study, a review of the main results on SC generation in silica and soft-glass fibres, also including my experimental results, is presented. Emphasis is given to high-power SC generation with the use of different pump schemes, providing an efficient power distribution towards longer wavelengths. Some discussion and prospective predictions are proposed at the end of the paper.     

TDFA最新研究进展

掺铥光纤放大器（TDFA）在石英光纤的低损耗S波段（1450－1510nm）对信号进行有效的放大，目前已成为通信领域内竞相开发的一种新型光 纤放大器，本文首先简单介绍了其研究历程，然后综述了其最亲研究进展及应用情况。     

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。     

A colloquium on the influence of versatile class of saturable nonlinear responses in the instability induced supercontinuum generation

We investigate the modulational instability induced supercontinuum generation (MI-SCG) under versatile saturable nonlinear (SNL) responses. We identify and discuss the salient features of saturable nonlinear responses of various functional forms such as exponential, conventional and coupled type on modulational instability (MI) and the subsequent supercontinuum (SC) process. Firstly, we analyze the impact of SNL on the MI spectrum and found both analytically and numerically that MI gain and bandwidth is maximum for exponential nonlinearity in comparison to other types of SNL’s. We also reported the unique behavior of the SNL system in the MI dynamics. Following the MI analysis, the proceeding section deals with the supercontinuum generation (SCG) process by virtue of MI. We examine exclusively the impact of each form of SNL on the SC spectrum and predicted numerically that exponential case attains the phase matching earlier and thus enable to achieve broad spectrum at a relatively shorter distance of propagation than the other cases of SNL’s. Thus a direct evidence of SCG from MI is emphasized and the impact of SNL in MI-SCG is highlighted. To analyze the quality of the output continuum spectrum, we performed the coherence analysis for MI-SCG in the presence of SNL.     

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。     

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.     

掺铒光纤放大器的速率方程研究

在引入光场与掺杂分布的重迭因子后,对1.48μm波段泵浦的掺饵光纤放大器的速率方程组进行了解析求解,并利用有关的表达式对放大器的重要特性进行了讨论和分析。     

充氩气Kagome空芯光子晶体光纤中超连续光谱产生的动力学研究

利用飞秒激光在充氩气的Kagome结构空芯光子晶体光纤中产生了高亮度宽带的超连续光谱.通过改变填充气体的气压以及输入激光的单脉冲能量可以对产生的超连续光谱进行控制.利用中心波长980 nm的飞秒脉冲作为抽运获得了光谱范围覆盖340~1 550 nm的宽带超连续光谱.通过基于载波的单向脉冲传输方程研究了超短脉冲在充氩气的Kagome光纤中产生超连续光谱的动力学过程.     

四能级系统光纤激光放大器的理论分析

本文从理论上分析了属于四能级系统的光纤激光放大器的增益特性,得到了信号增益与光纤长度、掺杂离子浓度、泵浦光和信号光功率等参数之间的关系式,并进行了数值计算。对四能级系统的激光放大器的设计有一定的指导作用。     

超辐射掺铒光纤脉冲放大器的时间特性分析

为了分析掺铒光纤脉冲超辐射放大器的输出特性,通过对时变激光速率方程求解的方法,进行了理论分析和数值验证,获得了系统对不同调制频率的响应和输出特性.结果表明,在一定频率范围内,将产生高峰值超辐射脉冲序列.用0.1W抽运1m铒光纤放大,种子具有纳秒级调制周期且占空比为1/2时,输出脉冲峰值渐减,约200ns后渐趋稳定.通过调节种子信号的光谱特性、调制特性并选择合适的光纤参数,可以控制放大脉冲性质.这一结果为利用超辐射光纤光源产生高功率、光谱性质可调的脉冲提供了有效途径,在1.5μm大气窗口及远程应用中具有实际价值.     

掺镱光纤放大器中脉冲自相似演化特性分析

为了研究自相似演化对于高功率超短脉冲系统产生的影响,采用非线性薛定谔方程,对掺镱光纤放大器中自相似解进行了理论分析,得到初始脉冲、脉冲宽度、增益系数、增益色散等参量变化时对其自相似演化产生不同的影响.结果表明,初始脉宽不同时,只有其初始色散长度和光纤长度相接近时,才可以实现脉冲自相似的演化;初始输入脉冲不同时均能演化成抛物线形,但是演化的进程不同;大的增益系数可以获得高功率、宽频谱的自相似脉冲;增益色散对自相似放大起滤波作用.研究结果对设计自相似脉冲放大器具有一定的借鉴价值.     

CdSe/ZnS和PbSe量子点光纤及光纤放大器研究进展

近年来,纳米晶体(量子点)以及量子点光纤、量子点光纤放大器成为一个研究热点。介绍了CdSe/ZnS和PbSe量子点的光谱特性以及量子点的吸收-辐射截面,表明量子点具有强的吸收和发射。总结了低浓度和较高浓度CdSe/ZnS量子点掺杂光纤、熔融法及溶胶凝胶法制备PbSe量子点光纤材料的最新研究进展,分析了两种方法制备量子点光纤材料的优缺点,概述了PbSe量子点光纤放大器的研究近况,展望了量子点光纤的应用前景。     

光纤光学参量放大器的增益特性研究

介绍了光纤光学参量放大器的理论,基于耦合波方程推导出光纤光学参量放大器的增益表达式.以增益表达式为基础,详细分析了在典型参数下光纤光学参量放大器的性能.在单泵浦情况下,对不同光纤长度、不同泵浦功率及不同泵浦波长的光纤光学参量放大器做了性能分析.在双泵浦情况下,对不同泵浦波长的光纤光学参量放大器做了性能分析.研究结果表明,在典型参数情况下的双泵浦光纤光学参量放大器具有较好的特性.     

高阶效应对微结构光纤中超连续谱产生的影响

采用分布傅立叶方法求解了广义非线性薛定谔方程（GNSE）,数值模拟了飞秒激光脉冲在微结构光纤中的非线性传输和超连续谱的产生,详细分析了脉冲拉曼散射、自陡峭效应以及三阶色散对超连续光谱产生的影响。分析结果表明：超短脉冲在微结构光纤中传输时出现孤子自频移现象,同时也发现脉冲内拉曼散射和自相位调制的联合作用导致高阶孤子分裂,光谱得到极大展宽,在时域中出现两个滞后的拉曼孤子,三阶色散和自陡效应对光谱的形状影响较小,起着与脉冲内拉曼散射相反的作用,自陡效应比三阶色散效应对光脉冲的影响大一些。     

不同光纤组合中产生的超连续谱研究(本期优秀论文)

采用自制σ形腔自起振被动锁模掺铒光纤激光器泵浦不同的光纤组合产生超连续谱,对不同长度的色散位移光纤(DSF)、高非线性光纤(HNLF)和120m HNLF+102m DSF中产生的超连续谱进行比较和分析.结果表明DSF与HNLF的组合使用要比单独使用DSF获得的SC谱谱宽更宽,平坦性更好;DSF与HNLF的连接顺序不同,所产生的SC谱也不同;先接入HNLF后接入DSF更容易获得平坦的超连续谱,短波长一例的功率显著增高.     

Er/Yb共掺光纤脉冲放大器中的受激布里渊散射

为了精确模拟脉冲放大器中的受激布里渊现象,修正了脉冲光纤放大器中受激布里渊散射瞬态演变模型,建立了基于Er/Yb共掺双包层光纤中动态速率方程的受激布里渊散射的瞬态模型,同时包括了受激布里渊散射的信号光能量转移和反转粒子数消耗两个增益获得过程,采用有限差分的方法,分析了受激布里渊散射在高功率、低重复频率、窄脉冲光纤放大器中对输出脉冲信号单脉冲能量、峰值功率、频谱和时域波形的影响。搭建了两级放大的主振功率放大实验平台,利用重复频率为156kHz的调Q脉冲信号进行了高功率脉冲放大实验,得到了1.32W的平均功率输出,以及受激布里渊级联频谱和时域波形情况。结果表明,实验与理论分析相吻合,同时也验证了这个修正模型的正确性和有效性。     

多泵浦拉曼光纤放大器增益均衡的研究

基于受激拉曼散射原理,根据传输方程,用数值解法计算了单泵浦输入时的拉曼光纤放大器的增益;在此基础上,计算了多信道信号输入时,多泵浦拉曼光纤放大器的增益,并和文献的实验结果做了比较;用遗传算法优化泵浦参数以实现多泵浦拉曼光纤放大器的增益均衡。 1     

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.