光子晶體光纖包層可見光及紅外寬帶色散波產(chǎn)生-論文.pdf

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1、物理學報ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．6(2013)064215光子晶體光纖包層可見光及紅外寬帶色散波產(chǎn)生術(shù)趙興濤)2)卞鄭義)韓穎2)周桂耀2)侯峙云2)沈建平)王春)侯藍田2)1)(北京交通大學理學院激光研究所，北京100044)2)(燕山大學電氣學院，河北省測試計量技術(shù)及儀器重點實驗室，亞穩(wěn)材料科學與技術(shù)國家重點實驗室，秦皇島066004)(2012年7月23日收到；2012年9月28日收到修改稿)對光子晶體光纖包層3個空氣孔之間節(jié)區(qū)的傳光特性進行了分析，對比了纖芯與包層節(jié)

2、區(qū)傳光的模場面積、非線性系數(shù)及色散特性，得到光子晶體光纖包層節(jié)區(qū)具有小芯、高非線性的特點．在包層空氣孔較大的情況下，得到了雙零色散曲線．根據(jù)色散曲線，分析了色散波產(chǎn)生的相位匹配特性，得到了色散波中心波長隨抽運波長及功率的變化規(guī)律．制備出了所設計的光子晶體光纖，實驗得到了在可見光及紅外大于300am的寬帶色散波，并給出了色散波隨抽運波長及功率的變化規(guī)律．實驗和理論分析結(jié)果一致，為波長變換及超連續(xù)寬帶光源的研究奠定了基礎．關(guān)鍵詞：光子晶體光纖，色散波，相位匹配，非線性PACS：42．81．-i，42

3、．81．Dp，42．65．TgDOI：10．7498／aps．62．064215小很多，相應的非線性系數(shù)大很多，很容易得到雙1引言零色散曲線，且兩個零色散波長的距離較近，所以包層節(jié)區(qū)可以產(chǎn)生良好的非線性效應【9】I在光纖的反常色散區(qū)，光脈沖尤其是超短脈沖本文對比了PCF纖芯與包層節(jié)區(qū)傳光的模場通常是以高階孤子的形式傳輸?shù)模欢捎谌A面積、非線性系數(shù)及色散特性．分析了色散波產(chǎn)生色散或更高階的色散擾動，它會輻射出色散波[1-3】．的相位匹配特性，得到了色散波中心波長隨抽運波色散波的波長相對于孤子

4、的中心波長既可以是紅長及功率的變化規(guī)律．另一方面實驗得到了在可見移也可以是藍移，這種新的頻譜成分的產(chǎn)生，又稱光及紅外的寬帶色散波產(chǎn)生，將實驗結(jié)果和理論分為契倫科夫輻射或非孤子輻射[4]．色散波的產(chǎn)生使析進行了對比，找到了寬帶色散波的產(chǎn)生條件．頻譜得到極大的展寬，是超連續(xù)譜產(chǎn)生的重要物理機制之一【5j6】，還可以用作波長變換技術(shù)，可在鎖模飛秒激光器達不到的新波段產(chǎn)生散射]，基于此2PCF包層節(jié)區(qū)的傳光特性技術(shù)的激光光源在生物光子學、超短脈沖相位控制及高精度頻率梳等方面有重要應用．2．1PCF的結(jié)構(gòu)

5、光子晶體光纖(photoniccrystalfiber,PCF)的出現(xiàn)為非線性光纖光學領域的研究注入了新的活本文研究的PCF端面如圖1所示．包層空氣孔力，超短激光脈沖與光子晶體光纖的結(jié)合使得非間距人=4．2m，空氣孔直徑d=3．77m，空氣填線性光學頻率轉(zhuǎn)換和展寬產(chǎn)生了許多令人興奮的充比d／A=O．88，纖芯直徑de=3．82m．三個相鄰成果[5-8J．目前大部分研究都是利用PCF纖芯傳空氣孔之間的區(qū)域稱為節(jié)區(qū)，兩個相鄰空氣孔之間輸，而PCF包層三個空氣孔之間的節(jié)區(qū)比纖芯面積的壁稱為脈區(qū)．國家重

6、點基礎研究發(fā)展計劃(批準號：2010CB327604)、國家自然科學基金(批準號：60978028，61201110，61205084)和河北省自然科學基金(批準號：F2010001313，F(xiàn)2012203122)資助的課題．十通訊作者．E．mail：zxt一81@sohu．tom④2013中國物理學會ChinesePhysicalSocietytp：／／wulixb．咖hy．a(chǎn)c．cn064215．1物理學報ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．6(2013)064215光能量能有效地

7、轉(zhuǎn)移到與抽運光相位匹配的色散波，其中心波長在PCF的正常色散區(qū)，可由以下相位匹配條件決定[12—14】節(jié)區(qū)△盧=盧()一盧(Dw)脈區(qū)=(1一，R)y()邱一E()n、。Z。。。=0，(3)這里和tODw分別表示抽運光和色散波的角頻圖1PCF端面圖率，盧()和盧(n】Dw)分別表示和處的傳播2．2PCF纖芯和包層節(jié)區(qū)的模場面積及非線性系數(shù)光纖有效模場面積的計算公式為[1o](HIl(x,y)12dxdy)2行：————，)，)l4dxdy，非線性系數(shù)為r(co)==，(2)其中，i(x，Y)為光

8、纖端面的光強分布，n2為石英的非線性折射率系數(shù)，取值為3×10—0m2．W一1．PCF纖芯及包層節(jié)區(qū)傳光時，分別計算了有效模場面積及非線性系數(shù)如圖2所示，可以看出，節(jié)區(qū)的有效模面積大約是纖芯的1／10，相應的非線性系數(shù)比纖芯高10倍．所以在PCF非線性光學實驗中，選擇包層節(jié)區(qū)進行傳光，能得到豐富的非線性效應．2．3PCF纖芯和包層節(jié)區(qū)的色散特性圖2PCF的模場面積及非線性系數(shù)(a)纖芯；(b)節(jié)區(qū)PCF纖芯及包層節(jié)區(qū)傳光時的色散曲線如圖3所示．纖芯傳光時，具有1個零色散波長，在1020am附近；