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了宽而平坦的超连续谱。

高非线性光子晶体光纤的研究及应用

文章介绍了高非线性光子晶体光纤的特点及产生高非线性特性的基本原理,分析了在高非线性光子晶体光纤中产生超连续光谱和慢光效应的机理和其应用,并给出了国内利用文章作者研制的高非线性光子晶体光纤进行超连续谱和慢光试验的结果。

高非线性光子晶体光纤中优化产生宽带紫外三次谐波

通过非线性光学频率转换技术产生不同频率的脉冲辐射是实现具有短波波长的激光光源的有效手段.近年来,光子晶体光纤技术的发展为解决传统的基于非线性晶体的频率转换系统面临的难以维护、转换效率低、不易推广等问题带来了新的解决思路.在频率转换研究领域中,紫外光波段的脉冲辐射产生一直以来都受到学者的广泛关注.国外已报道过利用超短脉冲抽运光子晶体光纤实现三次谐波产生,从而输出具有高灵敏度和高分辨率的窄带紫外脉冲辐射,但其紫外光转换效率较低,且光谱的可调谐能力有限,而这些缺陷恰恰可以由宽带紫外脉冲辐射的获得来改善.宽带紫外脉冲辐射的有效获得不仅意味着紫外光转换效率可大幅提高,并且若加以合适的滤波手段,还可获得内任意波长下的窄带宽的脉冲辐射,从而增加窄带紫外脉冲辐射的可调谐度,但目前相关报道较为有限.本文将中心波长为1035 nm,脉冲重复频率为50 MHz的飞秒激光耦合至一定长度的高非线性光子晶体光纤中,将其产生的拉曼自频移孤子作为三次谐波产生的抽运源,通过相位匹配作用,在深紫外波段产生高阶模式传导下的三次谐波.随后让超短脉冲以偏离光纤轴心一定角度入射,可进一步激发出具有更短波长的超高阶紫外光模式.通过激发多个邻近的超高阶紫外光模式,在一定连续范围内实现相位匹配,获得超高阶紫外光模式传输下紫外光转换效率为3.6%的宽带(32—360 nm)深紫外脉冲激光.实验结果与理论模拟结果相一致.

高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲压缩(特邀)

采用全矢量有限元法和分步傅里叶法模拟计算了高非线性光子晶体光纤在近红外光谱区(特别是在850 nm)的飞秒脉冲孤子效应压缩,提出了一种新的反常群速度色散(β_2=-50.698 ps^2/km)、小高阶色散和高非线性(γ=268.419 1 W-1/km)二氧化硅芯光子晶体光纤结构,建立了包含高阶色散和拉曼散射的非线性薛定谔方程,研究了高斯脉冲在此光纤中传输时,光纤长度和孤子阶数对脉冲压缩的影响,分析了光纤中2～5阶色散,研究表明:孤子阶数为8时,品质因子和压缩因子均达到最大,初始脉冲的峰值功率P0=3 357.8 W,压缩效果最好;优化光纤几何和光学参数,可以得到了高品质因数、小底座的超短光脉冲。

高非线性光子晶体光纤中布拉格光栅的制作

采用相位掩模版法实验研究了高非线性掺锗光子晶体光纤中布拉格光栅的制作。实验中采用的光子晶体光纤的非线性系数约为12 W-1km-1,模场直径约为2.4 mm。分析了布拉格光栅的反射率随着曝光脉冲数的变化,随着曝光脉冲数的增加其反射率逐渐达到饱和,继续增加曝光量发射率开始下降。实验验证了可以在高非线性光子晶体中写入布拉格光栅,得到光栅的反射率为44.4%,这对于研究光纤布拉格光栅的非线性效应和应用具有重要意义。讨论了影响布拉格光栅写入效率的因素。

一种近红外波段的高双折射高非线性光子晶体光纤

提出了一种具有中心缺陷孔的新型非对称椭圆光子晶体光纤,采用全矢量有限元法研究了其双折射、色散和非线性等特性。通过改变第一层椭圆孔的角度,加强了结构的双折射性能,同时还能改善结构的色散表现。分析计算结果得出,设计合适的结构参数可在波长1.55μm处获得3.05×10^(-2)的高双折射,同时在X和Y偏振方向获得较高非线性系数。此外,在保持高双折射的同时,此PCF也可获得1 000~1 550 nm近550 nm的负色散平坦区。该新型近红外波段的高双折射高非线性负平坦色散的光子晶体光纤在偏振控制、非线性光学及光纤通信等领域具有广泛的应用前景。

八边形低色散高非线性光子晶体光纤的设计

为了得到平坦色散高非线性的光子晶体光纤,设计了一种用于新颖的八边形三包层光子晶体光纤结构,采用多极法研究了空气孔直径、孔间距对色散和非线性的影响。结果表明,色散值和非线性系数随着内层空气孔直径d1的增大整体逐渐减小;随着第3圈空气孔直径d3的逐渐增大,色散值逐渐增大,但非线性基本保持不变;第2圈及外圈空气孔直径的变化对色散及非线性的影响较小。通过合理调节结构参量,在1.46μm～1.73μm近270nm波段内,色散绝对值在0.5ps/(km·nm)范围内波动;在1.5μm～1.65μm近150nm范围内的非线性系数值介于42.5W-1·km-1～50W-1·km-1。这一结果对设计特定功能的光子晶体光纤提供了理论参考。

平坦色散高非线性光子晶体光纤的研究与制备

运用改进的全矢量有效折射率法（IFVEIM）,研究了光子晶体光纤结构（PCF）参数改变时,光纤的色散系数、有效模场面积和非线性系数随波长的变化规律,深入地分析了光纤可调节的色散平坦特性和高非线性特性。课题组自行设计了一种在900nm附近具有低平坦色散高非线性特性的光子晶体光纤。并且在改进工艺的基础上,采用包层孔充气挤压法对其进行了制备,虽然制得的光纤各参数未达到设计值,但其在800~1000nm的波段内色散值仅为0.75ps/km/nm,非线性系数值则达到了30（W/km）-1,这在当前规则结构的纯硅光子晶体光纤中已经较高。

高非线性光子晶体光纤非线性系数的分析

文章采用全矢量有限元法(FVFEM)对不同结构参数的光子晶体光纤(PCF)进行数值分析,得出了基模模场分布,进而计算出高非线性PCF非线性特性的两个重要的基本物理量:有效面积Aeff和非线性系数γ,并分析了Aeff和γ与PCF的结构参数空气孔直径d和空气孔间距Λ之间的关系。

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1．65μm，空气微孔直径为4．75μm，孔中心间距为5．35μm，零色散波长为1120nm，800nm波长的色散为-88ps／（nm·km）。将能量为5nJ、重复频率为100MHz、中心波长为800nm的30fs的钛蓝宝石激光脉冲耦合入2m长的该高非线性光子晶体光纤中.得到了450～1400nm宽波段范围内的超连续光谱。

高非线性光子晶体光纤的研制

报道了一种自行研制的高非线性光子晶体光纤,介绍了其结构设计及制备工艺。该光子晶体光纤外包层直径为125.8μm,芯径为2.9μm,孔径/芯径之比为0.67。在波长为800nm飞秒激光输入下,其产生的连续光谱范围为450-1400nm。

高非线性光子晶体光纤中可见光至近红外超连续谱的产生

基于光子晶体光纤的色散设计,制备了零色散点位于880 nm、泵浦波长处非线性系数为33.67 km^(-1)·W^(-1)的实芯光子晶体光纤。使用1030 nm,150 fs的超快光源,研究了在不同泵浦功率和不同光纤长度下,从可见光至近红外区的超连续谱的产生过程。在1320 mW的平均泵浦功率下,使用1.5 m长的光子晶体光纤,实现了从450 nm到1900 nm的宽带超连续谱输出。光谱具有较好的平坦度和相干性。这类宽带超连续光源在光学相干层析成像、光谱学、通信、早期癌症检测和食品质量监测等领域具有应用价值。

近零平坦色散高非线性光子晶体光纤的研究和设计

利用有效折射率法对光子晶体光纤非线性和色散进行了计算;模拟了光纤空气孔直径和孔间距对光纤特性的影响,并进行了分析;最后设计了一种零色散点在850 nm附近的近零平坦色散高非线性光子晶体光纤,这种光纤在研究光纤非线性现象时有重要的价值。

高非线性光子晶体光纤环镜的脉冲压缩研究

在对高非线性光子晶体光纤特性研究基础上,设计了用此光纤制成的光纤环镜实现光脉冲压缩的方法.数值模拟结果表明:利用此环镜可实现对脉冲的压缩,与其他压缩方法相比,压缩后的脉冲输出波形质量好,压缩所需的光纤长度大大减短.研究发现,随着光子晶体光纤非线性系数及泵浦脉冲功率的增大,其压缩到最佳质量所需的光纤长度减小.研究还表明脉冲压缩比与光纤环镜的分光比有关,当分光比为0.5时压缩比最高.

高非线性光子晶体光纤

用有效折射率方法,设计了掺钛蓝宝石(Ti:sapphire)飞秒激光器工作波长0.800Lm附近的高非线性光子晶体光纤。

1 μm波段零色散高非线性光子晶体光纤的设计

本文设计了一种在1 μm波段具有零色散、高非线性系数的光子晶体光纤,采用有限元法研究了该光纤的色散特性、模场特性及非线性特性。数值计算结果表明,当光纤包层孔间距为4.344 μm时,在1 μm波长处可获得零色散,有效模场面积为11.07 μm2,非线性系数为18.17 W?1?km?1。这种非线性光纤在高速光通信、光纤传感及非线性光学方面具有广泛的应用前景。

800nm处近零色散高非线性光子晶体光纤的设计

设计了一种用于产生超连续谱的新型高非线性光子晶体光纤结构,其光纤包层空气孔大小从内到外呈凹型分布,将最内层空气孔直径d_(1)和最外两层空气孔直径d_(5)和d_(6)设置为较大值以分别获得高非线性和低损耗特性;为了降低光纤制作难度,将第二至第四层空气孔直径设置为相同。基于多极法分析了光纤包层空气孔间距Λ和各层空气孔直径对色散、非线性系数和损耗的影响规律,并设计了最佳结构参数。仿真结果表明,该结构光纤双零色散点分别为798和1260nm,色散极大值为71.6ps·nm^(-1)·km^(-1),在0.72~1.3μm波长范围内,色散斜率小于0.81ps·km^(-1)·nm^(-2),780nm处的非线性系数为153.2 W^(-1)·km^(-1),800nm处损耗为3.1×10^(-3)d B/km,性能相比市场同类型光子晶体光纤更具优势。

低损耗宽带近零色散高非线性光子晶体光纤设计

提出了一种兼具低损耗、宽带近零色散和高非线性的光子晶体光纤结构,该结构光纤包层空气孔直径从纤芯向外层方向渐进增加;应用多极法,通过改变包层空气孔间距Λ、各层空气孔直径和空气孔层数Nr,对光子晶体光纤色散、损耗和非线性特性进行分析,获得了各特性随包层结构参数变化的规律,并最终设计出最佳结构参数。计算结果表明,该结构光纤存在3个零色散点,在1.25~1.55μm较宽的波长范围内,色散值波动小于0.27 ps·nm^(−1)·km^(−1),色散斜率小于0.008 ps·km^(−1)·nm^(−2),1.55μm波长处损耗为0.021 dB/km,在常用的飞秒激光泵浦波长0.8,1.06,1.55μm处非线性系数分别达到78.6,60.4,38.2 W^(−1)·km^(−1)。

高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲的传输特性和超连续谱产生机制的实验研究及模拟分析

用实验和数值模拟两种方法研究了高非线性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,给出了抽运脉冲在三种不同中心波长情况下输出光谱展宽并形成超连续谱的实际测量及理论模拟结果.研究表明:在零色散波长抽运时,光谱展宽以自相位调制为主,同时三阶色散的影响明显,传输脉冲在时域内出现振荡次峰.而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四波混频效应会逐渐增强,进而成为光谱展宽的主要原因.与此相应,在时域中能明显看到孤子的形成和红移,飞秒传输脉冲内不再有振荡次峰产生.研究还发现,在零色散波长附近的反常色散区较零色散波长点更易产生四波混频效应.

基于高非线性光子晶体光纤Sagnac环形镜的全光开关

设计了一种新颖的、低开关功率的全光开关.将高非线性光子晶体光纤和双向抽运掺饵光纤放大器引入agnac环形镜内,破坏了环形镜的对称性,利用交叉相位调制作用使反向传输的两路信号光产生非线性相移,从而实现开关效应.理论分析表明:开关功率与放大器的增益倍数和光子晶体光纤非线性系数的积成反比,在实验中所得开关功率约40mW,消光比约为15.9dB,并且信号光透过率随脉冲控制光峰值功率呈余弦变化,实验结果与理论分析相吻合.