基于高非线性光子晶体光纤超连续谱的研究

摘要

超连续谱是指超短脉冲在非线性介质中传输时，由于色散及非线性效应的共同作用导致的脉冲光谱被展宽的现象。超连续谱因其连续光谱范围宽、稳定性好、相干性能优良等特点，在众多领域有着广泛地应用。光子晶体光纤是产生超连续谱的一种非常有效的介质，其结构设计的灵活性以及特殊的导光机制，使得它相对于传统光纤而言有着不可比拟的优势。
　　本文主要对2μm波段飞秒脉冲激光器泵浦高非线性光子晶体光纤产生的中红外超连续谱的特性进行了模拟。文中选择了在中红外波段透过率较高的碲化物玻璃作为光子晶体光纤的基底材料，设计了具有不同色散参量的高非线性光子晶体光纤。利用分步傅里叶算法数值求解非线性薛定谔方程，模拟了中心波长为2μm的飞秒脉冲在光子晶体光纤中传输产生超连续谱的过程，分析了光纤的长度及色散参量、脉冲的峰值功率及初始宽度对超连续谱的影响。结果表明：当光纤长度为15cm，脉冲峰值功率为20KW，脉冲宽度为100fs时，得到的超连续谱的范围为1330nm~3450nm。
　　本文中还提出了利用倍频效应得到双波长泵浦三零色散光子晶体光纤，产生可见光、近红外和中红外波段超连续谱。设计了具有三个零色散波长的光子晶体光纤结构，同样采用分步傅里叶算法模拟了超连续谱的产生过程，分析了不同光纤长度和脉冲峰值功率对产生的超连续谱的影响。结果表明：当泵浦激光脉冲中心波长为2μm、脉宽为100fs、重复频率为200KHz，传输距离为10cm、入射到PCF中的脉冲峰值功率为10KW时，得到了谱宽为690~3150nm的超连续谱，光谱具有较好的连续性和平坦度。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 光子晶体光纤

1.3 超连续谱的国内外研究进展

1.4 本课题的研究意义及研究内容

第二章 光纤中超连续谱的产生机理及分析方法

2.1光纤中的色散

2.2 光纤中的非线性效应

2.3 光纤中脉冲传输的理论基础

2.4 光子晶体光纤的数值仿真方法

2.5 本章小结

第三章 光子晶体光纤用于超连续谱的产生与控制

3.1 2μm波段光纤激光器

3.2 PCF的结构设计

3.3 PCF参量对超连续谱的影响

3.4 泵浦光源参数对超连续谱的影响

3.5 本章小结

第四章 三零色散光子晶体光纤中超连续的数值模拟

4.1 三零色散PCF结构及特性参量

4.2 倍频效应

4.3 SC产生系统的建立

4.4 PCF参量及抽运脉冲条件对SC的影响

4.5 红外超连续谱光源的应用

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢