多芯光子晶体光纤输出超连续光束的合束研究

摘要

超连续光谱的产生是基于非线性光纤光学的一种基础非线性现象，其以极其平坦展宽的光谱赢得了众多学者的追捧。而超连续光谱展宽的范围很大程度上受入射脉冲峰值功率的影响，越高的脉冲峰值功率，可以激发起越丰富的非线性效应，从而得到超宽光谱。
　　单芯光纤的过小模场面积和损伤阈值等限制入射功率的提高，阻碍超连续光谱的发展。而多芯光子晶体光纤的多纤芯结构则恰好解决此难题。多纤芯结构等效于增加模场面积，从而也有效避免热效应，且优于大模场面积光纤的是，多芯光纤不会引入高阶模式。
　　本文以多芯光子晶体光纤为主题，就其作为非线性介质而产生超连续光谱为研究方向，进而提出一种新的方案用于优化多芯光纤的输出光束，同时，此方案在实验上被证明可行。本论文的主要工作为:
　　1.以多芯光子晶体光纤作为非线性介质，通过飞秒激光源泵浦，产生超连续光谱。在实验上，分别采用两根不同结构的多芯光纤，都成功实现了近300nm的展宽。系统受限于激光器的功率，若提高峰值功率，有望产生更宽范围的超连续光谱。
　　2.通过理论推导，数值模拟两种方法，分别验证了多芯光纤的耦合传导过程。以七芯光子晶体光纤为例，可知七芯光纤拥有七个超模，但只有同相位超模在夫琅和费作用下，在远场相干叠加为高斯分布。而在实验中，由于输出透镜的变换作用，使得七芯光子晶体光纤的输出光场在透镜后的像平面内，呈关于七芯光纤端面结构的像，破坏光束以高斯形式的稳定传输。
　　3.提出一种新的方法用于多芯光子晶体光纤的输出合束，即利用Kagome光纤实现多芯光纤的输出合束。Kagome光纤为一种新型的中空光纤，其超宽低损耗窗口，较低的非线性效应和极大的中空纤芯等特点，都完美符合多芯光纤对于合束介质要求。通过实验验证此法可行，七芯光子晶体光纤输出光束入射至Kagome光纤后，再次输出，光束在后续传输过程中一直保持呈高斯分布，不在发生演化，耦合效率高达80％，且几乎无光谱成分损失。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 超快激光技术的发展概述

1．2 光子晶体光纤

1．2．1 光子晶体光纤的特性

1．2．2 光子晶体光纤的导光机制

1．2．3 多芯结构光子晶体光纤

1．3 超连续光谱的产生

1．3．1 超连续光谱的发展

1．3．2 影响超连续光谱产生的非线性介质

1．4 本文的主要工作

第二章 多芯光子晶体光纤的传输理论

2．1 多芯光子晶体光纤的基本参数

2．1．1 空气填充比

2．1．2 数值孔径

2．1．3 归一化频率

2．1．4 模场面积

2．2 多芯光子晶体光纤的光束传输

2．2．1 多芯光纤输出光束的衍射

2．2．2 阿贝成像原理

2．3 多芯光子晶体光纤的超连续光谱产生

2．3．1 超连续光谱产生的物理机制

2．3．2 超连续光谱产生的数值分析

2．3．3 超连续光谱产生过程中的非线性效应

第三章 七芯高非线性光子晶体光纤的超连续光谱输出

3．1 七芯光子晶体光纤的传输特性

3．1．1 耦合模理论

3．1．2 同相位超模

3．2 实验装置及光纤样品

3．3 实验结论及分析

3．3．1 应用七芯光子晶体光纤产生超连续光谱

3．3．2 七芯光子晶体光纤的光束传输

3．4 本章小结

第四章 利用Kagome光纤实现多芯光纤的输出合束

4．1 Kagome光纤

4．1．1 中空光子晶体光纤

4．1．2 Kagome光纤的概述与发展

4．1．3 Kagome光纤的特性分析

4．2 实验装置及光纤样品参数

4．3 实验结果及分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文工作总结

5．2 展望未来

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢