光子晶體光纖中可見光超連續(xù)譜的產生-模擬和實驗.pdf

1、可見光超連續(xù)譜具有良好的空間相干性和高亮度,在生物光子學等方面有重要的應用。而光子晶體光纖由于具備靈活的色散可控性以及可實現較高的非線性系數,是目前實現超連續(xù)譜的理想介質。本論文以摻鐿光纖激光器為泵浦源從擴展短波長邊界、提高轉換效率到特殊模式輸出三個主要方面研究了高非線性光子晶體光纖中的可見光超連續(xù)譜的產生。
　　本論文首先介紹了光纖中的超連續(xù)譜所涉及的一些非線性效應,然后詳細描述光纖中非線性過程的廣義非線性薛定諤方程,并比較了頻

2、域形式相對于時域的優(yōu)勢。結合計算光纖特性的頻域有限差分法,可以準確地模擬各種光纖中的非線性過程。
　　在擴展短波長邊界方面,提出一種增強長波長倏失波的微結構纖芯光子晶體光纖。在固定零色散波長在1μm附近時,2500nm的孤子群速度匹配的波長達到403nm,這比普通光子晶體光纖擴展了60nm。同時其非線性系數也提高3倍左右,非常有利于可見光超連續(xù)譜的產生。此外,也討論光纖特性對纖芯納米孔的依賴性。通過模擬計算,驗證了所設計光纖在可見

3、光超連續(xù)譜產生方面的優(yōu)勢。
　　在提高可見光超連續(xù)譜的轉換效率方面,系統(tǒng)地研究了純石英光子晶體光纖到摻鍺光子晶體光纖中的切倫科夫輻射。結果表明,在雙零色散點光子晶體光纖的深反常色散區(qū)泵浦可以有效地產生短波長的色散波。以摻鐿光纖激光器發(fā)出的100fs脈沖為泵浦源,在平均功率達到1.27W時,實驗得到了大約40％的泵浦光到信號光的轉換效率,帶寬達到32nm,中心波長為410nm。
　　多芯光纖由于模式的特殊性,在非線性光學中占有

4、一席之地。本論文研究了兩種特殊的多芯光子晶體光纖:類似同軸雙芯光子晶體光纖和緊密的三芯摻鍺光子晶體光纖。前者通過在內層纖芯泵浦可以得到外層纖芯輸出的可見光超連續(xù)譜。由于群速度匹配的確實和相隔很近的雙零色散波長,輸出光譜形狀可以很好地控制。而在三芯摻鍺光子晶體光纖通過異相位模式的遠場疊加得到中空光束超連續(xù)譜。簡單地通過調節(jié)入射脈沖的偏振態(tài),可以在同相位超模和中空光束超連續(xù)譜直接隨意轉換。在平均功率為1.04W的100fs激光脈沖泵浦下,得