光子晶体光纤包层可见光及红外宽带色散波产生-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．6(2013)064215光子晶体光纤包层可见光及红外宽带色散波产生术赵兴涛)2)卞郑义)韩颖2)周桂耀2)侯峙云2)沈建平)王春)侯蓝田2)1)(北京交通大学理学院激光研究所，北京100044)2)(燕山大学电气学院，河北省测试计量技术及仪器重点实验室，亚稳材料科学与技术国家重点实验室，秦皇岛066004)(2012年7月23日收到；2012年9月28日收到修改稿)对光子晶体光纤包层3个空气孔之间节区的传光特性进行了分析，对比了纤芯与包层节

2、区传光的模场面积、非线性系数及色散特性，得到光子晶体光纤包层节区具有小芯、高非线性的特点．在包层空气孔较大的情况下，得到了双零色散曲线．根据色散曲线，分析了色散波产生的相位匹配特性，得到了色散波中心波长随抽运波长及功率的变化规律．制备出了所设计的光子晶体光纤，实验得到了在可见光及红外大于300am的宽带色散波，并给出了色散波随抽运波长及功率的变化规律．实验和理论分析结果一致，为波长变换及超连续宽带光源的研究奠定了基础．关键词：光子晶体光纤，色散波，相位匹配，非线性PACS：42．81．-i，42

3、．81．Dp，42．65．TgDOI：10．7498／aps．62．064215小很多，相应的非线性系数大很多，很容易得到双1引言零色散曲线，且两个零色散波长的距离较近，所以包层节区可以产生良好的非线性效应【9】I在光纤的反常色散区，光脉冲尤其是超短脉冲本文对比了PCF纤芯与包层节区传光的模场通常是以高阶孤子的形式传输的．然而，由于三阶面积、非线性系数及色散特性．分析了色散波产生色散或更高阶的色散扰动，它会辐射出色散波[1-3】．的相位匹配特性，得到了色散波中心波长随抽运波色散波的波长相对于孤子

4、的中心波长既可以是红长及功率的变化规律．另一方面实验得到了在可见移也可以是蓝移，这种新的频谱成分的产生，又称光及红外的宽带色散波产生，将实验结果和理论分为契伦科夫辐射或非孤子辐射[4]．色散波的产生使析进行了对比，找到了宽带色散波的产生条件．频谱得到极大的展宽，是超连续谱产生的重要物理机制之一【5j6】，还可以用作波长变换技术，可在锁模飞秒激光器达不到的新波段产生散射]，基于此2PCF包层节区的传光特性技术的激光光源在生物光子学、超短脉冲相位控制及高精度频率梳等方面有重要应用．2．1PCF的结构

5、光子晶体光纤(photoniccrystalfiber,PCF)的出现为非线性光纤光学领域的研究注入了新的活本文研究的PCF端面如图1所示．包层空气孔力，超短激光脉冲与光子晶体光纤的结合使得非间距人=4．2m，空气孔直径d=3．77m，空气填线性光学频率转换和展宽产生了许多令人兴奋的充比d／A=O．88，纤芯直径de=3．82m．三个相邻成果[5-8J．目前大部分研究都是利用PCF纤芯传空气孔之间的区域称为节区，两个相邻空气孔之间输，而PCF包层三个空气孔之间的节区比纤芯面积的壁称为脉区．国家重

6、点基础研究发展计划(批准号：2010CB327604)、国家自然科学基金(批准号：60978028，61201110，61205084)和河北省自然科学基金(批准号：F2010001313，F2012203122)资助的课题．十通讯作者．E．mail：zxt一81@sohu．tom④2013中国物理学会ChinesePhysicalSocietytp：／／wulixb．咖hy．ac．cn064215．1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．6(2013)064215光能量能有效地

7、转移到与抽运光相位匹配的色散波，其中心波长在PCF的正常色散区，可由以下相位匹配条件决定[12—14】节区△卢=卢()一卢(Dw)脉区=(1一，R)y()邱一E()n、。Z。。。=0，(3)这里和tODw分别表示抽运光和色散波的角频图1PCF端面图率，卢()和卢(n】Dw)分别表示和处的传播2．2PCF纤芯和包层节区的模场面积及非线性系数光纤有效模场面积的计算公式为[1o](HIl(x,y)12dxdy)2行：————，)，)l4dxdy，非线性系数为r(co)==，(2)其中，i(x，Y)为光

8、纤端面的光强分布，n2为石英的非线性折射率系数，取值为3×10—0m2．W一1．PCF纤芯及包层节区传光时，分别计算了有效模场面积及非线性系数如图2所示，可以看出，节区的有效模面积大约是纤芯的1／10，相应的非线性系数比纤芯高10倍．所以在PCF非线性光学实验中，选择包层节区进行传光，能得到丰富的非线性效应．2．3PCF纤芯和包层节区的色散特性图2PCF的模场面积及非线性系数(a)纤芯；(b)节区PCF纤芯及包层节区传光时的色散曲线如图3所示．纤芯传光时，具有1个零色散波长，在1020am附近；