飛秒脈沖在光子晶體光纖中傳輸?shù)姆蔷€性機理與實驗研究.pdf

1、光子晶體光纖具有很多傳統(tǒng)光纖不具備的優(yōu)良特性，如：高非線性、可調色散、高雙折射、大模場面積等。高峰值強度超短脈沖激光與光子晶體光纖的結合產(chǎn)生了各種光學非線性現(xiàn)象，而基于非線性效應產(chǎn)生的光譜在工業(yè)、通信及醫(yī)學等各個方面得到了廣泛的研究和應用。雖然光子晶體光纖產(chǎn)生的非線性光譜種類比較豐富，但是在高效率頻率轉換、深紫外光譜產(chǎn)生、大范圍可調中紅外孤子以及中紅外超連續(xù)譜等領域的研究卻相對滯后，成為目前非線性光譜研究領域的熱點。本論文主要圍繞以上方

2、面的應用展開相應特性研究，主要研究工作如下。
　　首先，結合麥克斯韋方程組，建立光子晶體光纖非線性效應的非線性薛定諤方程。給出群速度色散和光子晶體光纖中的主要非線性效應，如：自相位調制、交叉相位調制、四波混頻、孤子、受激拉曼散射。根據(jù)模擬結果分析了光纖長度、入射脈沖寬度、入射脈沖峰值功率、入射脈沖波長、初始啁啾參數(shù)對光子晶體光纖頻譜的影響。
　　其次，采用有限元法對自行研制的光子晶體光纖進行理論模擬，并得出它的高非線性系數(shù)、

3、雙零色散范圍和雙折射特性。利用飛秒激光脈沖在光子晶體光纖的反常色散區(qū)進行泵浦，得到了高效寬帶的色散波。色散波峰值功率與殘余泵浦峰值功率之比可達到42.67，帶寬可達到81 nm，轉換效率超過50％，并且殘余泵浦能量小于10%，實現(xiàn)了用較低平均功率獲得高效寬帶的頻率轉換。進一步使用衰減片調整平均功率以及使用半波片改變?nèi)肷涿}沖偏振方向來調節(jié)高非線性雙折射光子晶體光纖中色散波的強度、中心位置并分析引起的原因。這些研究成果可促進高速光通信以及超

4、快光子學中的新型器件的產(chǎn)生。
　　再次，實驗研究了高非線性雙包層結構光子晶體光纖和具有大空氣孔構成節(jié)區(qū)的PCF產(chǎn)生的中紅外孤子自頻移現(xiàn)象。當使用飛秒激光器泵浦雙包層光子晶體光纖時，發(fā)現(xiàn)在泵浦功率為827 nm，功率從0.1 W增加到0.42 W時，中紅外第一個孤子隨功率增加從1933 nm移動到2403 nm，移動范圍達到470 nm，為石英基光子晶體光纖在中紅外孤子激光器的產(chǎn)生創(chuàng)造了很好的條件。另外目前關于光子晶體光纖的研究和應

5、用，大部分都是利用纖芯傳輸。然而包層具有大空氣孔的光子晶體光纖，其包層三個空氣孔所圍節(jié)區(qū)的模場面積比纖芯小很多，相應的非線性系數(shù)很大，因此也會形成豐富的非線性效應。
　　然后，通過實驗研究了光子晶體光纖中的深紫外頻譜展寬效應并分析其產(chǎn)生的非線性機理。泵浦波長為860 nm時，深紫外頻譜展寬范圍隨泵浦功率的增加而逐漸展寬；泵浦功率固定為0.4 W時，孤子與色散波的交叉相位調制使深紫外基模超連續(xù)譜擴展到最短波長212 nm。隨著泵浦波

6、長的增加，超連續(xù)譜范圍不僅展寬而且深紫外區(qū)頻譜的轉換效率極大的提高。該研究結果能為光學檢測和光信息處理等方面所需的深紫外光源提供良好的解決方案。另外，當泵浦波長遠離光子晶體光纖零色散波長時，本文采用對光子晶體光纖進行后處理的方法，即可通過拉錐來改變光子晶體光纖的零色散波長位置進而促進紫外頻譜的產(chǎn)生。
　　最后，基于中紅外超連續(xù)譜的價值，研制了一種光子晶體光纖來產(chǎn)生超連續(xù)譜。實驗可得超連續(xù)譜范圍從610 nm一直延伸到2500 nm