激光泵浦碲化物产生中红外超连续谱数值模拟

对2μm波段脉冲激光泵浦碲化物光子晶体光纤产生中红外超连续谱进行了数值研究。通过材料的拉曼增益谱间接求得了对应的拉曼响应函数;由光子晶体光纤的材料折射率和波导结构,通过COM-SOL软件获得了碲化物光子晶体光纤中基模等效折射率,计算了相应的色散曲线和限制损耗;利用自适应的分步傅里叶算法,模拟了中心波长为1.96μm、峰值功率为20kW的50fs脉冲光泵浦碲化物光子晶体光纤时超连续谱的产生,当光纤长度为6cm时,产生的中红外超连续谱波长范围为1.0～4.5μm。

高相干度中红外超连续谱光源的研究

选用全波段正常色散As_2S_3光子晶体光纤作为非线性介质来消除反常色散区中孤子分裂引起的调制不稳定性所造成的超连续谱相干特性的恶化问题.利用分步傅里叶法数值模拟超短激光脉冲在全波段正常色散As_2S_3光子晶体光纤中的非线性传输和中红外超连续谱的产生.分析脉宽、传输距离、入射峰值功率和初始啁啾对中红外超连续谱光源的带宽、相干特性和平坦度的影响.通过优化泵浦激光参数和光纤参量,在最佳负啁啾C_p=-4、脉宽为50 fs、中心波长为2 800 nm、入射峰值功率为100 W和光纤长度为20 cm时,获得3 dB带宽高达2 484 nm的中红外超连续谱,且具有良好相干度和平坦度.

高功率全光纤中红外超连续谱激光器

高功率中红外超连续谱激光在环境监测、测绘计量、国防安全等领域中有重要的应用,是近年来中红外激光领域的研究热点之一。光纤光源泵浦的高功率中红外超连续谱激光器具有结构紧凑、光束质量高、输出功率高等优点。自2009年美国密歇根大学首次在氟化物光纤中实现平均功率为10.5 W的中红外超连续谱激光以来。

1.9~4.3 μm全光纤中红外超连续谱光源

利用在中红外波段具有低损耗的ZBLAN（ZrFt—BaF2-LaF3-A1Fs—NaF）氟化物单模光纤搭建了全光纤结构的超连续谱光源，将超连续谱在长波方向扩展到中红外波段。系统以波长为1550nm的纳秒脉冲半导体激光器作为种子源，采用主振荡功率放大结构实现了级联超连续谱产生。在前级超连续谱产生中将光谱预展宽到2．6／lm，再经掺铥双包层光纤放大器放大位于铥离子增益带宽内的光谱分量，最后抽运10m长的ZBLAN单模光纤，在光纤色散和非线性效应的作用下，获得了光谱覆盖1．9～4．3／am范围的中红外超连续谱输出，平均功率为185mw。

国内首次实现瓦级全光纤中红外超连续谱光源

中红外超连续谱（sC）光源在工业过程控制、环境监测、生物医学等众多领域有着广泛的应用，是目前国内外的研究热点。在中红外SC产生的抽运源上，随着2μm波段脉冲激光的发展，用长波长脉冲源抽运软玻璃光纤产生超连续谱是中红外SC光源发展的一个新尝试。

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3dB功率谱覆盖范围为1800~3500nm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。

抽运波长对中红外超连续谱影响的数值模拟

采用数值模拟研究了飞秒脉冲在悬吊芯As_2S_3微结构光纤中传输时,抽运波长对中红外超连续谱产生的影响。通过分步傅里叶算法数值求解广义非线性薛定谔方程,对不同抽运波长的飞秒脉冲在悬吊芯As_2S_3微结构光纤中传输时的传输特性及演化过程进行分析。模拟结果表明,当抽运波长为2300nm时,处于光纤的反常色散区且近零色散波长,可获得宽带且平坦的中红外超连续谱,光谱范围覆盖1.2~7μm;当抽运波长为2500nm时,处于光纤的反常色散区且远离零色散波长,可获得超宽带中红外超连续谱,光谱范围覆盖1.2~7.5μm,但其平坦度略差。该结果对产生中红外超连续谱时选择合适的激光抽运波长,进而优化中红外超连续谱具有重要的参考价值。

微结构硫化物光纤中中红外超连续谱的产生

采用微结构硫化物光纤,以非线性薛定谔方程(NLSE)为理论模型,利用分步傅里叶计算方法,研究了输入脉冲的中心频率和脉宽对中红外超连续谱(SC)的影响。采用的微结构硫化物光纤具有较高的非线性效应和两个零色散波长(ZDW),且第二个零色散波在中红外波段,有利于中红外超连续谱的产生。通过仿真发现,输入脉冲的中心频率和脉宽对连续谱的产生都有很大影响。数值仿真中,输入具有不同频率和脉宽的脉冲,输入波长接近零色散点时较远离色散点时产生的中红外超连续谱要宽。而且,在保持峰值功率不变的情况下,脉宽对频谱展宽程度没有影响,但是较短脉冲产生的中红外超连续谱更为平坦。

软玻璃光纤中红外超连续谱研究进展

软玻璃光纤在中红外超连续谱的产生方面有广泛的应用,是目前研究的热点。综述了氟化物光纤、碲酸盐光纤以及硫化物光纤中产生中红外超连续谱的研究进展。在氟化物光纤中产生了目前最高功率的中红外超连续谱;碲酸盐光纤特别是微结构碲酸盐光纤在中红外超连续谱中的应用十分广泛;在硫化物光纤中产生了目前最宽的中红外超连续谱。

基于硫系光纤的中红外超连续谱研究进展

硫系光纤具有优良的宽红外波段透过性能和高非线性特性,是目前唯一能产生覆盖中、远红外波段超连续谱的非线性光纤,近5年来国际上在2-16μm中红外超连续谱的产生取得了重要进展。从硫系阶跃型光纤、微结构光纤和多包层光纤中的超连续谱实验输出及全光纤化等几个方面综述了8μm以外中红外超连续谱的最新研究进展。

一种适合低阈值中红外超连续谱产生的新型微结构光纤

提出并设计了一种适合低阈值中红外超连续谱产生的新型微结构光纤。采用多极法对光纤的传输常数和模场分布进行计算。计算结果表明,光纤在中红外波段具有极高的非线性系数、平坦的色散曲线、极低的模式限制损耗以及良好的单模传输特性,在2.2μm和3.32μm处分别有一个零色散点。采用分步傅里叶的数值模拟方法,研究了光纤中超连续谱的产生。通过合理调节抽运脉冲的波长、脉宽和峰值功率,发现在2.5μm处抽运脉宽为100fs,峰值功率为100W的脉冲,通过0.1m长的光纤后,能产生1.5～5.5μm波段的中红外超连续谱,而单个抽运脉冲能量只有10pJ。孤子自频移和色散波放大是光纤中超连续谱产生的主要原因。

基于硫系玻璃光纤的中红外超连续谱产生研究进展

硫系玻璃具有超宽的红外光谱透过范围、极高的线性和非线性折射率,已成为目前唯一能产生中远红外超连续(SC)谱输出的光纤基质材料,近三年来国际上在此领域取得了系列重要进展。从硫系阶跃型光纤、微结构光纤和拉锥光纤中的红外超连续谱输出以及光谱相干性、全光纤化SC光源等几个方面综述了硫系玻璃光纤的最新研究进展。

基于混合玻璃光纤中超连续谱产生的数值模拟

设计一种三硫化二砷混合玻璃光纤（As2S3-silica hybrid glass fiber,As2S3-silica HGF）,通过调整纤芯直径大小,在1 000～6 000 nm波长范围内对其色散特性进行仿真分析.结果表明,当纤芯直径为1.2μm时,光纤有两个零色散波长（zero dispersion wavelength,ZDW）,分别是1 450和2 870 nm,反常色散区覆盖1 450～2 870 nm.用2μm激光器泵浦光纤,通过改变泵浦激光的峰值功率和脉冲半极大宽度（full width at half maximum,FWHM）,模拟分析了中红外超连续谱（mid-infrared supercontinuum,mid-IR SC）产生的特性.

宏观弯曲效应对ZBLAN光纤中红外超连续光谱产生的影响

基于数值模拟方法研究了弯曲效应对ZBLAN光纤中红外超连续光谱产生的影响。利用有限元方法分析了宏观弯曲效应对不同数值孔径ZBLAN光纤的限制损耗、色散和非线性特性的影响,计算出ZBLAN光纤的弯曲截止波长,基于广义非线性薛定谔方程模拟了ZBLAN光纤中红外超连续谱产生的演化过程。研究发现,在未发生弯曲的情况下,非线性系数在中红外波段迅速下降会限制低数值孔径ZBLAN光纤中的光谱展宽;在发生弯曲时,当孤子中心频率接近弯曲损耗边界时,孤子自频移效应被抑制,光谱展宽停止。

振幅调制的色散振荡光纤对流氓波的控制(特邀)

中红外超连续谱光源具有超宽频谱、高相干和高亮度等特点,在很多领域都有着广泛的应用。但是在超连续谱的产生过程中,调制不稳定性会使不同基阶孤子之间的能量发生转移,形成光学流氓波。它是一种具有超高强度、极大红移并产生在超连续谱长波长处的低概率事件,它的产生严重影响超连续谱的性能。所以对于光学流氓波控制的研究,就变成了一个热点话题。由于色散振荡光纤具有灵活可调的色散和非线性,可以有效控制光学流氓波的产生,所以,主要研究中红外超连续谱中色散振荡光纤对光学流氓波的作用。

基于挤压技术的新型七芯超大数值孔径硫系玻璃光纤制备及其光学性能研究

基于挤压技术制备新型七芯光纤。首先通过蒸馏纯化工艺和传统熔融淬冷法制备了As2Se3和As2S3两种玻璃,采用改进的分离式挤压法制备了光纤预制棒,并结合聚合物层的高温涂覆保护获得了结构完整的新型七芯硫系玻璃光纤,该光纤的数值孔径分布范围高达1.20~1.45。采用截断法测试了该光纤的损耗,最低损耗约为1.9 dB/m@4.4μm,最后将飞秒激光结合光参量放大器(OPA)作为泵浦源测试了该光纤的非线性性能,在14 cm长的七芯光纤中获得了谱宽范围为1.5~12μm的超连续谱输出。结果表明,该七芯硫系光纤具有良好的非线性性能,在中红外光学领域具有重要的应用价值和研究意义。

封面解读

封面展示了目前典型的高功率中红外超连续谱激光器的技术方案和光谱演化过程。中红外波段在光波段乃至整个电磁波谱中都是一个较为特殊的波段。在中红外波段中,有众多分子的特征吸收谱线,因此,中红外波段也被成为"分子指纹谱"区。中红外光纤超连续谱激光是基于中红外光纤色散和非线性效应实现的中红外波段宽谱光源,具有光谱范围宽、亮度较高、光束质量高等特点。