光子晶体光纤中超连续谱激光光源的理论和实验研究

论文摘要

近年来,超连续谱宽带光源由于在光通信、光相干层析测量、光谱学等领域的广泛应用而倍受青睐。光子晶体光纤因其具有较高的非线性和可控的群速度色散特性,比一般光纤更容易产生超连续谱,而且可以在可见光范围内实现反常色散,因此对光子晶体光纤中超连续谱的研究具有重要的理论和现实意义。本论文从实验和理论两个方面对光子晶体光纤中超连续谱激光光源进行了较为深入的研究。本论文的主要内容包括:1.从波动方程入手,对光脉冲在非线性光纤中的传输方程进行了理论推导,简述了本论文在求解该方程时所采用的数值模拟方法。2.理论研究了孤子光脉冲在正色散区域的光子晶体光纤中传输时,超连续谱的形成机理,分析了入射光脉冲的孤子阶数、初始啁啾、中心波长、脉冲宽度及光子晶体光纤的高阶色散、高阶非线性以及光纤长度对超连续激光光谱的影响。研究发现,孤子阶数不同,超连续激光光谱的形成机理不同;在其它参量相同的情况下,初始脉冲越宽,形成的超连续激光光谱越宽;平坦的、较宽的超连续谱的产生存在着一最佳光纤长度。3.实验上,我们利用非线性偏振旋转技术实现锁模,在环形腔掺铒光纤激光器中得到了脉宽为462.0fs、中心波长为1556.0nm的超短光脉冲。将该光脉冲经掺铒光纤放大器进行放大后,输入到光子晶体光纤中,得到了20dB带宽约为130 nm的超连续激光光谱。实验详细观测了输入光脉冲的能量对超连续激光光谱形成的影响。4.利用数值模拟方法,研究了光脉冲在负色散区域的光子晶体光纤中传输时超连续激光光谱的形成过程,并对上述实验结果进行验证。数值模拟结果与实验结果相吻合。研究同时发现,输入光脉冲的预啁啾有利于产生平坦的超连续激光光谱。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 影响光脉冲在光纤中传输时产生超连续谱的主要因素
• 1.2.1 自相位调制致频谱展宽
• 1.2.2 交叉相位调制致频谱展宽
• 1.2.3 受激拉曼散射致频谱展宽
• 1.2.4 参量四波混频致频谱展宽
• 1.2.5 光纤色散的作用
• 1.3 超连续谱激光光源的研究进展
• 1.3.1 飞秒短脉冲作为泵浦光源
• 1.3.2 皮秒短脉冲作为泵浦光源
• 1.4 超连续谱光源的应用
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 第二章 短脉冲在光纤中传输产生超连续谱的理论及数值计算方法
• 2.1 引言
• 2.2 光学短脉冲在非线性光纤中的基本传输方程
• 2.2.1 麦克斯韦方程组
• 2.2.2 短脉冲传输方程
• 2.3 数值算法
• 第三章 飞秒孤子光脉冲在正色散区域光子晶体光纤中产生超连续谱的理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 理论基础
• 3.3 计算结果及分析
• 3.3.1 孤子阶数（峰值功率）的影响
• 3.3.2 初始啁啾的影响
• 3.3.3 脉冲的初始宽度的影响
• 3.3.4 脉冲形状的影响
• 3.3.5 高阶色散、高阶非线性的影响
• 3.3.6 光纤长度的影响
• 3.3.7 正、负色散的影响
• 3.4 小结
• 第四章 负色散区域高非线性光子晶体光纤中超连续谱的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验研究
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 实验结果
• 4.3 数值模拟结果
• 4.3.1 计算模型
• 4.3.2 数值模拟结果
• 4.4 结论
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢