光子晶体光纤超连续谱光源

介绍该课题组近两年在光子晶体光纤超连续谱方面的主要研究成果,包括基于连续波泵浦研制全光纤化超连续谱源,利用级联一段高非线性正常色散光纤,通过光纤的受激拉曼散射效应实现超连续谱的平坦化;基于皮秒锁模光纤激光器实现全光纤化5 W输出超连续谱源;拉制一段145 m的锥形光子晶体光纤,利用自制的纳秒光纤激光器与锥形光子晶体光纤熔接,制备输出功率2.2 W的宽带超连续谱源;利用自制的网状光子晶体光纤和全固态光子带隙光纤,分别研究亚微米薄壁上偏振相关的超连续谱产生,以及基于四波混频效应产生的超连续谱.     

纳秒脉冲泵浦光子晶体光纤产生超连续谱

采用纳秒激光器作为泵浦源,在光子晶体光纤中实现宽带超连续谱输出,并研究泵浦脉冲重复频率对超连续谱产生的影响.在重复频率150 kHz、峰值功率256 W时,利用25 m长光子晶体光纤实现输出功率为0.76 W、光谱范围超过1 200 nm的超连续谱输出.利用该激光器的重复频率可调性,选取重复频率50 kHz和100 kHz的泵浦脉冲,对平均功率相同、重复频率不同的3组泵浦条件所形成超连续谱进行对比,发现在平均功率相同时,重复频率越低的泵浦脉冲获得的超连续谱宽度越宽.     

光子晶体光纤产生超连续谱的相干性研究

研究光子晶体光纤中超连续谱的时间相干性和空间相干性.采用时间分辨率为飞秒级的迈克尔逊干涉仪,通过在零点附近改变两光路的延迟,对超连续谱的复时间相干度曲线进行测量,得到超连续谱的相干长度为3.71μm.采用同样系统对飞秒泵浦源的复时间相干度曲线进行测量,计算得到其相干长度为62.24μm.通过计算光程差为零点处的互相干度得到超连续谱的空间相干度为0.77,表明光纤小的发光面积使其空间相干性较好.利用准直透镜和分光棱镜将光纤输出的光束进行分光,得到超连续谱中几种不同颜色的输出光谱及对应的脉冲序列,其脉冲序列与泵浦激光有相同的重复频率.     

纳秒光脉冲在光子晶体光纤中产生的超连续谱

研究了纳秒脉冲在光子晶体光纤中的演化和传输.利用纳秒激光器产生脉宽为65ns、重复频率为150 kHz光脉冲,泵浦25 m的光子晶体光纤,获得了输出功率为0.76W、整个光谱范围超过1200 nm的超连续谱.在光谱展宽的初始阶段,光谱的展宽来源于调制不稳定性效应.随着泵浦功率的增加,发现四波混频效应对光谱短波部分的展宽起作用,受激拉曼散射效应对光谱长波部分的展宽起作用.     

光子晶体光纤熔接热源偏移量的研究

在光子晶体光纤的熔接过程中,由于包层空气孔大小及结构的不同,使得熔接时热源的功率和位置均不同,使得加热过程更为复杂。本文在对待熔的光子晶体光纤的热传导特性研究基础上,通过三维热传导仿真研究光子晶体光纤熔接过程中的最佳偏移量。通过仿真分析和实验研究表明：本文提出的方法可以用于计算光子晶体光纤的最佳熔接条件,从而完成光子晶体光纤与传统单模光纤间的低损耗熔接。     

18.4W皮秒光纤激光器及其全光纤化超连续谱源

采用光纤非线性环形腔被动锁模方案,研制毫瓦级掺镒皮秒光纤激光器,对其进行3级主振荡功率放大(master oscillator power amplifier,MOPA),得到功率18.4 W,重复频率85 MHz,线宽5.7 nm的高质量皮秒激光输出.利用自主研发的模场适配器,实现了此高功率皮秒激光器对长度为50 m高非线性光子晶体光纤的高效全光纤化泵浦,研制了输出功率为3.6 W的全光纤化宽带超连续谱光源,其在1 700nm(500～2 200 nm)的带宽范围内具有10 dB的光谱平坦度.     

光子晶体光纤中反常色散区超连续谱产生的机理研究

对光子晶体光纤中超连续谱产生的机理作了初步探讨,认为超连续谱产生的主要原因是高阶孤子的分裂和四波混频效应,自相位调制并不是形成超连续谱的主要原因,当泵浦波长位于光纤反常色散区时可以直接形成高阶孤子,这些孤子随后分裂成基孤子辐射和对应的非孤子辐射,然后发生四波混频效应,使能量不断向其它频谱分量上转移,最后形成了很宽的超连续谱。     

光子晶体光纤拉曼激光器研究

利用100m非线性光子晶体光纤，以光纤光栅对作为谐振腔，研制成功了低阈值光子晶体光纤拉曼激光器．该光子晶体光纤拉曼激光器的闽值为2W，在抽运功率6．2W时，得到最大功率为1．8W．波长为1115．9nm的连续拉曼激光输出，拉曼半峰全宽为1．39nm，对应光-光转化效率29％，斜率效率41％．且在低功率连续光泵浦下观察到5级拉曼荧光．     

双芯光子晶体光纤宽带平坦超连续谱光源

研制一种双芯光子晶体光纤,其零色散波长位于1 010 nm,在波长1 060 nm处的非线性系数为6.82 W-1·km-1.利用中心波长1 060 nm、重复频率1 MHz、脉冲宽度150 ps、最大输出功率4.5 W及光束质量M21.3的增益开关皮秒脉冲全保偏光纤激光器泵浦长度为35 m的双芯光子晶体光纤,得到谱宽为480~2 200 nm、输出功率为371.7 mW的宽带平坦全光纤化超连续谱光源.长波方向10 dB谱宽为1 140 nm(1 060~2 200 nm),短波方向3 dB谱宽为460 nm(580~1 040 nm),其远场输出为具有准高斯分布.     

光子晶体光纤在1.4μm处光谱展宽的实验研究

采用输出波长为1.4μm的光参量放大器(OPA)作为泵浦源,泵浦0.2 m长的光子晶体光纤,观察到光谱展宽现象.实验得到的光谱宽度达58.4 nm(1.370 8~1.429 2μm),比OPA输出的光谱宽度(30.4 nm)展宽28 nm.     

带隙型光子晶体光纤及其分析方法

光子晶体光纤是近年来出现的一种新型光纤,其特点是包层排列有规则或随机分布的波长量级的空气孔。包层中的微结构使得光子晶体光纤能够呈现出许多传统光纤不具备的特性,其在光通信领域具有极大的应用前景。文章从光子晶体的概念出发,概述了光子晶体的特征,通过引入光子晶体光纤的概念,介绍了光子带隙型与全内反射型光子晶体光纤的基本结构及导光原理。同时文章简要分析了带隙型光子晶体光纤的各种主要理论研究方法,并对其做出了相应的评价。     

利用光子晶体光纤产生光孤子压缩态

利用强度相关的自相位调制效应从实验中得到了光孤子幅度压缩态.实验装置主要部分为非对称的Sagnac干涉仪,光脉冲通过PC/FC接头连接到分光比为90:10的耦合器,耦合器与40m长的光子晶体光纤形成干涉环.在合适的输入功率下,干涉仪的输出端可以得到光孤子幅度压缩态.利用零拍平衡探测系统对光孤子幅度压缩态进行了检测,检测部分包括50/50分束器、2个低噪声光电探测器和1个加减法器与频谱分析仪.测得输入Sagnac环和输出Sagnac环光强分布曲线,以及以散粒噪声为基准的信号噪声的相对曲线,计算产生的光孤子振幅压缩态压缩率为1.6 dB.实验数据分析表明,选择合适的光子晶体光纤,能进一步增大压缩率.     

侧面级联耦合器对连续光纤激光器的影响

为了研究侧面级联耦合器对光纤激光器的影响,对自主研制的(1+1)×1侧面泵浦耦合器,以及某商品化的(2+1)×1耦合器进行了研究.实验中分别测试了2种耦合器的耦合效率,泵浦光传输损耗,以及信号光泄露等参数,然后用2种结构的耦合器分别搭建了光纤激光器.在耦合器为(1+1)×1结构的激光器中,注入975 nm泵浦功率444 W时,1 080 nm激光功率输出344 W,光-光转换效率77%;在耦合器为(2+1)×1结构的光纤激光器中,当975 nm泵浦功率注入444 W时,1 080 nm激光功率输出260 W,激光器的光-光转换效率59%.对比2种结构的激光器可以看出:对于目前商用的(2+1)×1耦合器来说,由于传输损耗比较大,很难实现级联结构,而实验室自主研制的侧面耦合器能够实现5个级联.     

国产化大模场掺镱光子晶体光纤的设计与制备

理论分析了空气孔尺寸与晶格常数对光子晶体光纤(PCF)单模特性的影响,设计了大模场双包层PCF的波导结构。采用自主知识产权的专利技术,制备出高数值孔径大模场掺Yb双包层PCF,其内包层数值孔径为0.65,纤芯数值孔径为0.06,有效模场面积为1 465.7μm2。     

光源谱宽通过光纤色散对AOCS输出的影响

基于光纤色散引起的脉冲展宽效应,在理论和实验上研究了有源光学电流传感器（AOCS）中宽带光源对系统输出的影响．理论结果表明：对于长度为500m的光纤,当光源谱宽在40—60nm之间变化时,多模光纤传输下的脉冲展宽范围在0．5～0．8ns,单模光纤传输下的脉冲展宽范围在2×10^-5～4×10^-5,信号衰减量对系统输出影响很小,且随光源谱宽的增加而有微弱的增加,实验与理论相符合．     

空芯光子晶体光纤的纤芯设计及特性研究

为了研究纤芯形状和大小对光纤特性的影响,设计了2种纤芯形状的7芯空芯光子晶体光纤(HC-PCFs),并与传统的十二边形纤芯的HC-PCFs进行了对比.运用有限元法进行仿真计算,结果表明:内凹圆化型纤芯的HCPCF比普通十二边形的HC-PCF具有更低的泄漏损耗和波导色散,而内凹直线型纤芯的HC-PCF具有特别的波导色散特性,新设计的纤芯结构未来可用于大容量光通信、光孤子传输以及色散补偿中.     

光纤激光器的发展与应用

本文对光纤激光器的现状、发展和应用进行了综述。光纤激光器从掺杂稀土元素发展到掺杂过渡族金属元素;掺杂方法从单纯化学气相沉积（Chemical VaporDeposition,CVD）发展到气相、液相、溶胶-凝胶（sol-gel）和改进的化学沉积（MCVD）等;光纤结构从单包层、双包层到今天的多芯双包层光子晶体光纤;激光功率已经到几十千瓦,光子晶体光纤激光器的功率也已超过1.5 kW。目前,它们广泛应用于造船、航天、机械、电器、汽车、化工等多个领域。新光纤技术的成功,必将推动多种产业的快速发展。