基于光子晶體光纖非線性效應(yīng)的波長(zhǎng)變換及其應(yīng)用研究.pdf

1、光子晶體光纖可以實(shí)現(xiàn)高的非線性、靈活可控的色散等獨(dú)特的性質(zhì)，非常適合于實(shí)現(xiàn)非線性波長(zhǎng)變換。通過光子晶體光纖中的各種非線性效應(yīng)，例如四波混頻效應(yīng)、切倫科夫輻射、受激拉曼散射、受激布里淵散射等，可以極大的擴(kuò)展激光光源的光譜范圍，在許多領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。本文研究了若干種光纖中非線性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了基于切倫科夫輻射的高效率波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，分析了光纖結(jié)構(gòu)對(duì)超連續(xù)譜的影響；搭建用于泵浦光子晶體光纖的短脈沖鎖模激光器，獲得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的全光纖超連續(xù)譜光源。本論

2、文主要包括以下幾方面：本文研究了在不同結(jié)構(gòu)光纖中實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，通過分析光纖拉錐對(duì)非線性效應(yīng)的影響，探索了在方形纖芯光子晶體光纖中實(shí)現(xiàn)高效率的切倫科夫輻射等。這些為后面實(shí)現(xiàn)全光纖化的高質(zhì)量的超連續(xù)譜輸出進(jìn)行了探索打下基礎(chǔ)；通過嘗試采用受激布里淵散射實(shí)現(xiàn)全光纖化超連續(xù)譜；最后設(shè)計(jì)了一種9字型鎖模脈沖激光器結(jié)合自主設(shè)計(jì)制備的光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)了高性能的超連續(xù)譜輸出。本論文主要內(nèi)容如下：
　　首先介紹了對(duì)光子晶體光纖的特性進(jìn)行數(shù)值分析的全矢

3、量頻域有限差分法。對(duì)全矢量頻域有限差分法算法的推導(dǎo)做出了分析。分析了全矢量頻域有限差分法的優(yōu)點(diǎn)，介紹了提高計(jì)算精度的邊界胞原進(jìn)行平均化處理的方法。然后對(duì)描述超連續(xù)譜產(chǎn)生過程的廣義非線性薛定諤方程的推導(dǎo)過程做了分析，利用分步傅里葉算法對(duì)非線性薛丁方程進(jìn)行數(shù)值模擬。分析了分步傅里葉算法的特點(diǎn)。結(jié)合這兩種模擬算法可以對(duì)光子晶體光纖中超連續(xù)譜的產(chǎn)生進(jìn)行精確的模擬研究。
　　我們?cè)O(shè)計(jì)并制備了一種七芯光子晶體光纖，對(duì)其中超連續(xù)譜的產(chǎn)生進(jìn)行了模

4、擬和實(shí)驗(yàn)。提出了通過在這種七芯光子晶體光纖中引入一段拉錐段，可以改變光纖的群速度關(guān)系，使得時(shí)域上被延遲的長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域的孤子加速，實(shí)現(xiàn)脈沖的時(shí)域再壓縮。促使孤子與其他光譜成分在時(shí)域上相互重疊，通過非線性作用進(jìn)一步促進(jìn)新的光譜成分的產(chǎn)生。模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合的較好，證明了通過在這種光子晶體光纖中引入拉錐段可以增強(qiáng)超連續(xù)譜的短波長(zhǎng)成分，改善超連續(xù)譜的平坦度和光譜寬度。
　　設(shè)計(jì)并制備了一種大空氣孔方形懸掛芯光子晶體光纖。對(duì)該光纖的色散和非線

5、性特性進(jìn)行了模擬分析。使用1040nm飛秒脈沖泵浦對(duì)該方形懸掛芯光子晶體光纖進(jìn)行泵浦，實(shí)現(xiàn)了效率高達(dá)43％的色散波-泵浦轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)實(shí)驗(yàn)證明產(chǎn)生的高效率的536nm色散波為線偏振。通過對(duì)光纖的損耗特性分析證明了該方形懸掛芯光纖的兩個(gè)正交的線偏振基模在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域的損耗差別很大，類似于單模單偏振光纖，導(dǎo)致只有一個(gè)偏振方向上能發(fā)生強(qiáng)烈的切倫科夫輻射。
　　搭建了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的開腔結(jié)構(gòu)激光器，并研究了其中高峰值功率調(diào)Q脈沖的產(chǎn)生以及所形

6、成的超連續(xù)譜輸出。在1.7W的LD泵浦功率下即可實(shí)現(xiàn)超連續(xù)譜的產(chǎn)生。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，證明高峰值功率的納秒量級(jí)脈沖的產(chǎn)生是由于長(zhǎng)的單模光纖中受激布里淵散射效應(yīng)導(dǎo)致的。兩段長(zhǎng)的單模光纖通過受激布里淵散射效應(yīng)為光腔提供反饋并窄化脈沖導(dǎo)致被動(dòng)調(diào)Q脈沖的形成。同時(shí)長(zhǎng)單模光纖作為非線性介質(zhì)產(chǎn)生800nm到超過1700nm的寬帶超連續(xù)譜。使用長(zhǎng)的高非線性光子晶體光纖代替單模光纖獲得了光譜更寬、平坦度更高的超連續(xù)譜。
　　搭建了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單