飛秒脈沖作用下光子晶體光纖超連續(xù)譜的產(chǎn)生

摘 要：光子晶體光纖是建立在光子晶體技術(shù)上而發(fā)展起來的一項全新的光纖技術(shù)，其和傳統(tǒng)的單模光纖相比較，優(yōu)勢突出。因為光子晶體光纖有卓越的優(yōu)勢，在實際的超連續(xù)譜應(yīng)用過程中，其能夠產(chǎn)生出超連續(xù)譜的能力遠(yuǎn)在其它各種光纖和介質(zhì)之上，發(fā)展前景廣闊。所以在最近幾年使用光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)譜已經(jīng)成為了世界范圍內(nèi)共同議論的焦點問題。文中對使用鈦寶石飛秒超快激光器作為泵浦源進(jìn)行了簡單的分析研究。

關(guān)鍵詞：光子晶體光纖；超連續(xù)譜；內(nèi)脈沖喇曼散射

中圖分類號：TN253 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 20-0000-01

超連續(xù)譜光源使用在光譜檢測、生物醫(yī)學(xué)以及高精密度的光學(xué)頻率測量工作和波分復(fù)用光通信操作系統(tǒng)等方面的應(yīng)用十分突出。能夠產(chǎn)生出超連續(xù)譜的介質(zhì)，要求其有較高的非線性系數(shù)以及合適的色散條件。能夠使用產(chǎn)生超連續(xù)譜上的有多種非線性介質(zhì)，而其中最突出的一種就是光子晶體光纖，主要由于光子晶體的特點。這種形式的光纖一般能夠最大化的實現(xiàn)高數(shù)值孔徑的小模面積設(shè)計，所以能夠有效的增加單位面積內(nèi)的光功率密度，有效的提升光學(xué)非線性。

一、光子晶體光纖簡述

光子晶體光纖也被稱為微結(jié)構(gòu)光纖或者是多孔光纖，這個理念最早提出的時候是在上個世紀(jì)90年代初期。而到了90年代中期，研制成功了真正的光子晶體光纖，其截面圖如圖1所示，組成其中的一般物質(zhì)是空氣，纖芯形成周期性的被破壞的缺陷，光束被集中在纖芯之中完成傳播工作[1]。光子晶體光纖和傳統(tǒng)的光纖相比，在結(jié)構(gòu)上的差別是本質(zhì)性的，而且其的優(yōu)良性特點也是相對突出的，所以在最近幾年的全世界范圍內(nèi)的研究單位，都對其非常關(guān)注。光子晶體光纖最突出的特點就是設(shè)計便捷靈活，能夠?qū)諝饪椎某叽绱笮∽鲞m時的調(diào)整，或能夠改變空氣孔的排列方式，或是將纖芯的大小、物質(zhì)性質(zhì)做一定程度的改變，并且依照自身的特點設(shè)計出形式不一的光子晶體光纖。

二、實驗設(shè)備設(shè)定

泵浦源使用鈦寶石超快飛秒激光器，輸出的中心波長是796nm，而脈寬大約為200fs，重復(fù)頻率數(shù)值是76Khz，光子晶體光纖的長度為2m。光纖的纖芯半徑是1μm，各個孔徑之間的距離是3.2μm，氣孔的直徑和各個孔之間的間距比值為0.9，所以可以選擇數(shù)值較大的孔徑的光纖，大約數(shù)值為0.47左右。在實驗的過程中，使用的顯微物鏡數(shù)值的孔徑大小是0.4μm，再將其做25倍的放大。在實驗的過程中，慢慢的將耦合入光纖的功率增大，輸出的光通過透鏡之后，會聚集并且使用S2000微型的可見光光譜儀做監(jiān)測觀察[2]。

三、分析結(jié)果

鈦寶石超快飛秒激光器輸出光束質(zhì)量較高，因此光耦合進(jìn)入光纖有更高的效率，在實驗的過程中加入的纖耦合效率在20以上。這是因為光纖沒有太大的纖芯有效面積，因此在功率輸出較低的情況下，在實驗的過程中能夠清楚的看見光譜的各種變化情形。

當(dāng)輸入的功率平均值在1mW的時候，在光譜的主峰右端位置會看見一個小峰。對現(xiàn)象進(jìn)行分析，光譜的分裂是因為反常色散區(qū)中的內(nèi)脈沖喇曼散射而引起的。伴隨著入射功率的不斷增加，能夠發(fā)現(xiàn)此峰全部和光譜的主峰分離出來，同時會朝著長波的方向位移，出現(xiàn)這樣一個現(xiàn)象是因為存在孤子自頻移的現(xiàn)象。從中可見，此時光纖中已經(jīng)慢慢形成了光孤子，隨著將輸入功率不斷增加，此時在光譜的右端位置又有新的小峰出現(xiàn)。

四、關(guān)于一般機(jī)理形成的結(jié)論

在學(xué)術(shù)界，有一種觀點認(rèn)為入射脈沖的寬度是皮秒級脈沖，其產(chǎn)生在光子晶體光纖的色散中，是由于受激拉曼和四波混頻的影響。同時，也認(rèn)為自相位的調(diào)制不明顯。另外也有研究者使用實驗的方式確定拉曼效應(yīng)以及四波混頻效應(yīng)屬于色散形成的主要因素，但是這種理論只適合使用在皮秒級或者是納秒級的脈沖上，對于飛秒脈沖的適應(yīng)性并不明顯。這是因為飛秒脈沖在光譜展開的寬度之中的峰值以及具體的理論與拉曼峰值不相符，表示皮秒脈沖與飛秒脈沖形成在光子晶體光纖中的色散形成機(jī)理是不一樣的，此內(nèi)容的研究機(jī)制還有待進(jìn)一步的深入。也有一些論點認(rèn)為色散的產(chǎn)生是調(diào)制穩(wěn)定性不明確以及四波混頻，其認(rèn)為調(diào)制不明確的，因此造成高階效應(yīng)的產(chǎn)生，比如是三階色散、四階色散等。同時，其還表示在常規(guī)的色散區(qū)以及四階色散效果中占據(jù)著一個十分重要的位置。另外一種觀點是當(dāng)泵浦波趨近零色散波長的異常區(qū)域時，光譜的寬度主要依靠自相位的分配以及三階色散的互相作用而確定的，但是此觀法因為實驗數(shù)據(jù)的缺乏，支持者并不多。

五、結(jié)語

開展飛秒脈沖透過光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)譜實驗操作，從而取得了超連續(xù)譜的寬度在550nm以上。在實驗中表明光子晶體光纖面積小，在設(shè)計和色散方面的特點有助于出現(xiàn)寬的超連續(xù)光譜，而另一方面也有助于研究此種類型光纖內(nèi)的非線性情況以及超連續(xù)譜的實際意義。通過分析能夠判定，內(nèi)脈沖喇曼散射以及孤子自頻移在最初的階段會對光譜長波上的寬度形成重要作用，而這些全新的頻率組成部分和之后的光譜會朝著短波的方向不斷延展，而且彼此之間具有十分緊密的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]張新潔.飛秒光脈沖在光子晶體光纖中的非線性傳輸特性研究[D].電子科技大學(xué)，2010.

[2]閆明.高重復(fù)頻率超短脈沖放大及相位噪聲抑制的研究[D].華東師范大學(xué)，2013.

[作者簡介]牛靜霞（1982-），女，河北唐山人，燕山大學(xué)碩士，河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院，講師，研究方向：光子晶體光纖的設(shè)計、制備及應(yīng)用；高建宇（1986-），男，河北唐山市人，河北聯(lián)合大學(xué)碩士，河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院，助教，研究方向：智能儀器與檢測技術(shù)。