光子晶体光纤熔接技术及在高功率超连续谱产生中的应用

摘要

超连续谱(Supercontinuum，SC)是光谱宽度超过倍频程甚至两个倍频程的光输出，在生物医学、光计量学、光通信等许多方面都有非常重要的应用价值。目前利用飞秒激光脉冲在光子晶体光纤(Photonic Crystal Fibers，PCF)中产生超连续谱已成为超连续谱研究的前沿领域。由于PCF的“石英.空气孔”结构，其破坏阈值比传统光纤低，因此限制了超连续谱的输出功率。本论文以PCF的熔接为切入点，系统研究了熔接损耗的来源与降低损耗的制约机制，分析了熔接功率与熔接损耗的关系，以及各熔接参数对熔接效果的影响。在此基础上，针对提高超连续谱的输出功率提出三种解决方案，分别进行理论研究与实验验证，得到了较为理想的实验结果。
　　 实验中首先研究了不同空气填充率PCF与普通单模光纤的熔接，针对不同种类PCF找到低损耗熔接办法，将熔接得到的PCF应用于超连续谱产生实验，利用普通单模光纤端面的高破坏阈值和高耦合效率提高超连续谱的输出功率，得到了7.45W超连续谱输出。
　　 由于熔接损耗的存在，泵浦光在耦合点和熔接点处都产生耗散光功率，整体损耗较大，限制了超连续谱功率的进一步提升，为此设计了PCF端面塌陷研磨方案，将飞秒激光直接从处理端面耦合到PCF中产生超连续谱，耦合效率从采用熔接方案时的60％上升至80％，得到了6.40W超连续谱输出。
　　 为了在提升超连续谱输出功率的同时将光谱向短波方向延伸，设计了PCF与锥形过渡光纤熔接方案，系统分析了各熔接参数对锥形光纤熔接效果的影响，实现了PCF的低损耗熔接，熔接损耗从4.61dB下降至1.49dB。应用此方案有望得到高功率，宽覆盖的超连续谱。