泵浦波形在粒子晶體纖束作用集合頻譜的制約

1、泵浦波形在粒子晶體纖束作用集合頻譜的制約本文利用鈦寶石激光器的光參量放大系統(tǒng)（OPA）作為泵浦源， 利用其輸出波長(zhǎng)的可調(diào)諧性研究了不同泵浦波長(zhǎng)對(duì)PCF中產(chǎn)生超連續(xù)譜的影響光纖參數(shù)和實(shí)驗(yàn)裝置所用光子晶體光纖是由丹麥 CrystalFiberA/S公司提供的，其端面顯微圖如。光纖設(shè)計(jì)的是類(lèi)橢圓 纖芯，使得光纖具有雙折射率效應(yīng)（存在快、慢軸），這樣光脈沖在 光纖中傳輸時(shí)，會(huì)保留脈沖的偏振態(tài)，所以稱這種光纖為保偏光纖（PM-PCF），保偏特性有利于在光子晶體光纖中產(chǎn)生有效和穩(wěn)定的超 連續(xù)譜。其包層和被覆層的直徑分別為。27Lm和235Lm，平均纖芯尺寸 為8Lm、包層中的空氣孔間距為 6Lm、氣孔直徑

2、與平均孔間距之比 為0.8,這些參數(shù)的設(shè)計(jì)可以獲得低的色散系數(shù)和高的非線性效應(yīng)。 該光纖在780nm處光纖的數(shù)值孔徑約為光子晶體光纖的端面顯微圖 片。光纖長(zhǎng)度為2.5m.基于非線性效應(yīng)的PCF折射率在特定功率下可 以表示為n=nL+n2|E|2nL是線性折射率部分，n2是PCF的非線性折 射率系數(shù)，對(duì)于飛秒脈沖在光子晶體光纖中傳輸時(shí)，n2可以取為2.4.0-20m2/W2采用纖芯面積近似作為纖芯有效面積 Aeff，PCF在 2Lm,4Lm處的非線性系數(shù) C（C=n2X/（cAeff）分別計(jì)算為49W-.km-.， 42W-.km-.式中X為中心角頻率，c為真空中的光速度。是實(shí)驗(yàn)裝置 示意圖，光

3、參量放大器是由再生放大鎖模鈦寶石激光器產(chǎn)生的重復(fù)頻率為250kHz、脈寬約為200fs、中心波長(zhǎng)在800nm的超短脈沖泵浦的。OPA系統(tǒng)產(chǎn)生的脈沖頻率是可調(diào)諧的，可選擇不同的泵浦波長(zhǎng)對(duì) 光子晶體光纖的光譜展寬特性進(jìn)行研究，OPA輸出光脈沖的重復(fù)頻率 為250kHz、脈沖寬度約為250fs，經(jīng)過(guò)聚焦耦合進(jìn)2.5m長(zhǎng)的保偏光 子晶體光纖。采用放大倍數(shù)為25和數(shù)值孔徑NA=0.4的顯微鏡物鏡 作為聚焦系統(tǒng)，因?yàn)?.4的數(shù)值孔徑比所用的光子晶體光纖的數(shù)值孔 徑小，所以可有效的將泵浦功率耦合進(jìn)光子晶體光纖。將光子晶體光纖放置在六維微移平臺(tái)上，這樣光纖調(diào)節(jié)可以具有很高的精度。 實(shí)驗(yàn) 中輸出光譜采用兩種光譜

4、儀進(jìn)行測(cè)量，一種是 Oceanoptics00IBaseS2000 測(cè)量波長(zhǎng)范圍為 300nm 到 950nm,另一 種為EPP2000紅外光譜儀（900nm.750nm）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論利用OPA具有波長(zhǎng)可調(diào)性，采用輸出波長(zhǎng)分別 為2Lm和4Lm的脈沖作為泵浦光源，輸出功率分別為35mW和20mW，泵浦波長(zhǎng)處于PCF的反常色散區(qū)，將泵浦光通過(guò)顯微鏡物鏡 耦合進(jìn)光子晶體光纖，輸出超連續(xù)譜。PCF產(chǎn)生的超連續(xù)譜中SC的 產(chǎn)生機(jī)理涉及到許多非線性效應(yīng)，如：自相位調(diào)制（SPM）、交叉相位調(diào)制（XPM ）、高階孤子、受激喇曼散射（SRS）及四波混頻（FWM ）、 雙折射以及自陡效應(yīng)以及群速度色散、三階

5、色散等效應(yīng)。目前普遍認(rèn)為，當(dāng)泵浦光fs脈沖處在PCF的反常色散區(qū)時(shí)，超連續(xù)光譜的產(chǎn)生 機(jī)理被解釋為高階孤子裂變（fissio n）和四波混頻。首先因?yàn)楸闷殖?短脈沖本身有一個(gè)光譜寬度而且處于 PCF的反常色散區(qū)，PCF中的 群速度色散和自相位調(diào)制相互抵消，形成孤子傳輸，在脈寬較寬時(shí)，孤子的階數(shù)N就越大。由于高階色散的影響，N階孤子裂變?yōu)镹個(gè) 脈沖，同時(shí)每個(gè)脈沖會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)的藍(lán)移而且相位匹配的非孤子波，這N個(gè)脈沖最終穩(wěn)定并形成紅移的 N個(gè)一階孤子，同時(shí)由于四波混頻 效應(yīng)，光譜相互兼并形成超連續(xù)譜。當(dāng)泵浦波長(zhǎng)在。200nm處時(shí)，在可見(jiàn)光波段，光譜的展寬范圍已經(jīng)超出了光譜的測(cè)量范圍，展寬的光譜波長(zhǎng)低于

6、300nm.獲得了從300nm至。泵浦波長(zhǎng)離PCF的零色散點(diǎn)越遠(yuǎn)，形成相位匹配的四波混頻效 應(yīng)就越弱，零色散點(diǎn)附近的光譜帶隙就越明顯。 實(shí)驗(yàn)中的泵浦波長(zhǎng)距 離PCF的零色散點(diǎn)比較遠(yuǎn)，所以也觀察到了可見(jiàn)光區(qū)的光譜帶隙。 而在4Lm左右的光譜帶隙是由于光纖中的 OH根離子的吸收造成的， 在5mm8Lm范圍內(nèi)觀察到了弱的光譜峰，說(shuō)明孤子能量足夠高并越 過(guò)了 OH離子吸收區(qū)。當(dāng)泵浦中心波長(zhǎng)為 4Lm時(shí)，在可見(jiàn)光光譜范 圍內(nèi)，由于泵浦光波長(zhǎng)遠(yuǎn)離光纖的零色散點(diǎn)波長(zhǎng)， 而且泵浦功率也較 低，使得四波混頻效應(yīng)不是很強(qiáng)，可見(jiàn)光區(qū)的各個(gè)藍(lán)移峰之間還是分 離的，沒(méi)有形成連續(xù)譜。在長(zhǎng)波區(qū)，4Lm左右也存在光譜帶隙，在 4267Lm范圍內(nèi)也觀測(cè)到了譜峰，如（b）。為了驗(yàn)證4Lm處OH根離 子的吸收，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，研究了不同光纖長(zhǎng)度產(chǎn)生SC的對(duì)比情況。長(zhǎng)度為。cm的PCF產(chǎn)生的超連續(xù)譜在4Lm處沒(méi)有觀察到光 譜的凹陷，如（a）,而長(zhǎng)度為2.5m的PCF產(chǎn)生的超連續(xù)譜在4Lm處 有明顯的光譜凹陷，如（b）。說(shuō)明在光纖中OH根離子的濃度一定的 情況下，光纖的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，對(duì)光譜的吸收越強(qiáng)，形成的4Lm左右的光譜凹陷就越明顯，與實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果是一致的。結(jié)論采用光參量放大器的不同輸出波長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)研究了不同泵浦波長(zhǎng)對(duì)光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)譜的影響，表明當(dāng)泵浦波長(zhǎng)從2Lm變到4Lm時(shí)，波長(zhǎng)遠(yuǎn)離了 PCF的零