【摘 要】
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由于超连续光谱具有宽频谱和高相干性等特点,在光通信系统、光谱学、国防安全以及生物医学等领域有着广泛应用。本论文提出了三种正常色散高非线性保偏光纤结构,并数值仿真和分析了保偏光纤中两个正交偏振基模的超连续光谱的产生,主要工作内容如下:(1)介绍了脉冲在光纤中传输的理论模型,包括光纤的群速度色散、非线性参数、损耗、双折射的定义和计算公式。然后,阐述了广义非线性薛定谔方程及其数值求解方法。(2)提出了一
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由于超连续光谱具有宽频谱和高相干性等特点,在光通信系统、光谱学、国防安全以及生物医学等领域有着广泛应用。本论文提出了三种正常色散高非线性保偏光纤结构,并数值仿真和分析了保偏光纤中两个正交偏振基模的超连续光谱的产生,主要工作内容如下:(1)介绍了脉冲在光纤中传输的理论模型,包括光纤的群速度色散、非线性参数、损耗、双折射的定义和计算公式。然后,阐述了广义非线性薛定谔方程及其数值求解方法。(2)提出了一种基于高非线性液体材料CS2的保偏单模光纤。通过适当选择光纤参数,在包层中具有两个空气孔的CS2液芯石英光纤可以为两个正交偏振基模提供高非线性、高双折射、低损耗和全正常群速度色散曲线。然后,研究了输入脉冲的峰值功率、脉冲宽度和偏振角度对超连续光谱产生的影响。数值结果表明,当峰值功率为25 k W,中心波长为1920 nm,脉冲宽度为0.1 ps的泵浦脉冲耦合到0.1 m光纤中并沿慢轴或快轴线性偏振时,输出光谱可以始终保持沿两个主轴方向的线性偏振状态,并在-20 d B水平下光谱强度处覆盖一个倍频程,波长范围为1000–2500 nm。此外,由非线性耦合作用引起的从快轴到慢轴的脉冲能量转移可导致线性偏振的退化,即使输入脉冲的偏振角度偏离快轴仅2°。(3)提出了两种基于掺锗石英的保偏单模光纤。第一种结构是包层中引入两个对称空气孔的高掺锗纤芯石英光纤,两个正交偏振基模具有高非线性、高双折射、低损耗以及全正常群速度色散曲线。两个偏振基模的非线性参数在1920 nm处约为0.01 W-1/m,双折射在10-4以上。由数值仿真结果可知,当峰值功率为150 k W,中心波长为1920 nm,脉冲宽度为0.1 ps的泵浦脉冲耦合到0.5 m的光纤中并沿慢轴或快轴偏振时,输出光谱在-20 d B处的波长范围为900–2500 nm。同时,输出脉冲在整个波长范围内具有极好的相干性。第二种光纤结构是通过在高掺锗纤芯中引入椭圆空气孔来为两个正交的偏振基模提供高双折射。通过对光纤结构参数进行优化,在1000–3000 nm的波长范围内得到了低且平坦的群速度色散曲线,1920 nm处的非线性参数高达0.01 W-1/m,双折射达到了10-3量级。数值结果表明,当沿着主轴方向线偏振的超短脉冲耦合到保偏光纤中时,可以产生线偏振高相干性的超连续光谱。
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