基于正常色散光纤生成2~3微米波段超连续谱的研究

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超连续谱已经被广泛应用于非线性光学中超短脉冲的产生、光谱分析、光学相干层析、光计量学、光通信等众多领域,而如何获取产生超连续谱所需的高能量脉冲以及非线性介质,属于研究的热点领域。2~3微米的正常色散超连续谱具有时域相干性好、频域相对平坦等优势,具有很大的实用价值。本文主要研究了基于正常色散光纤生成2~3微米波段超连续谱,主要工作如下:  首先,对生成高能量脉冲的锁模激光器进行了仿真,构建了由单模光纤、增益光纤、色散补偿光纤、可饱和吸收体组成的结构模型,研究了色散、非线性系数以及增益系数对于脉冲时域、频域以及能量的影响。  其次,设计了一种高非线性液体填充纤芯—外层空气孔结构的光纤结构,通过改变纤芯直径、空气孔直径以及纤芯和空气孔的间距,调整光纤的色散系数和非线性系数,使得2~3微米波段位于光纤的正常色散区,且具有高非线性系数以及平坦的色散曲线(-20ps/nm/km~-50ps/nm/km),使得泵浦波长为2000nm时在研究波段生成平坦且光谱尽量展宽的超连续谱。  对于光纤中超连续谱的生成进行了分析与研究,通过改变入射脉冲能量、光纤长度以及空气孔数量等参数,对于生成超连续谱的变化情况进行了整理和分析,当纤芯直径d1=2.2μm,d2=0.5μm,Λ=2.5μm时,光纤的超连续谱在2~3微米波段具有良好的平坦度,当输入脉冲宽度为0.1ps,能量为25nJ,光纤长度为2.5cm时,纤芯—外层正四边形空气孔结构光纤生成的超连续谱谱宽为2184nm(20dB),波长范围为793~2977nm;纤芯—外层正六边形空气孔结构光纤生成的超连续谱谱宽为2207nm(20dB),波长范围为785~2992nm;纤芯—外层正八边形空气孔结构光纤生成的超连续谱谱宽为2218nm(20dB),波长范围为778~2996nm,且在2~3微米波段均具有较好的平坦度。
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