光子晶體光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng).pdf

1、光子晶體光纖可具有超寬帶單模傳輸性、增強(qiáng)的模式限制特性、色散可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，在光通訊、光譜學(xué)、傳感器等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。光子晶體光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)在近十年內(nèi)成為研究熱點(diǎn)，且促進(jìn)了其他研究領(lǐng)域的發(fā)展。例如，光子晶體光纖中超連續(xù)光譜產(chǎn)生在光相干層析技術(shù)、高精密光學(xué)測(cè)量等領(lǐng)域有很重要應(yīng)用價(jià)值。其他非線性頻率轉(zhuǎn)換過(guò)程如四波混頻過(guò)程在糾纏光子對(duì)制備、光參量放大和振蕩器方面有應(yīng)用潛力；光子晶體光纖中的三次諧波過(guò)程可用以產(chǎn)生紫外光源。另外，光子晶體光

2、纖中的部分非線性光學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的物理機(jī)制并不十分清晰，有關(guān)這些問(wèn)題的探究將豐富非線性光學(xué)的內(nèi)容，具有很大的科學(xué)價(jià)值。 本文采用摻鈦藍(lán)寶石飛秒激光系統(tǒng)，開(kāi)展了飛秒激光脈沖在光子晶體光纖中的傳輸特性的實(shí)驗(yàn)研究。主要關(guān)注光子晶體光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)，包括超連續(xù)光譜產(chǎn)生、四波混頻過(guò)程、色散波產(chǎn)生，并探索其潛在的應(yīng)用價(jià)值。全文的主要研究?jī)?nèi)容、結(jié)論與創(chuàng)新性如下： （1）利用有限元方法設(shè)計(jì)了具有高折射率復(fù)合纖芯的Bragg光纖，其零色

3、散點(diǎn)在1.55 μm附近，最大非線性系數(shù)可達(dá)40 W-1Km-1。 （2）在雙折射光子晶體光纖中實(shí)現(xiàn)了基于高階孤子分裂的超連續(xù)光譜產(chǎn)生。 經(jīng)計(jì)算用脈沖俘獲條件較合理地解釋了高階孤子分裂過(guò)程中產(chǎn)生的色散波和紅移光孤子的波長(zhǎng)關(guān)系，該工作對(duì)于研究孤子分裂及色散波產(chǎn)生的物理機(jī)制有一定價(jià)值。 （3）在大占空比的光子晶體光纖的多個(gè)具有不同色散特性的次芯中實(shí)現(xiàn)了多重頻率轉(zhuǎn)換過(guò)程，所用次芯的尺寸比早期文獻(xiàn)中的報(bào)道大并首次關(guān)注次芯的雙折射

4、特性。揭示了空氣孔隨機(jī)分布的多孔微結(jié)構(gòu)光纖在頻率調(diào)諧器、傳感器的應(yīng)用潛力。 （4）利用亞納焦量級(jí)的飛秒激光脈沖在光子晶體光纖中獲得接近倍頻的藍(lán)光，經(jīng)分析藍(lán)光是參量四波混頻過(guò)程產(chǎn)生的信號(hào)光，藍(lán)光的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)15％。伴隨信號(hào)光產(chǎn)生的閑置光可以處于太赫茲波段，實(shí)驗(yàn)也預(yù)示了通過(guò)四波混頻過(guò)程在光纖內(nèi)產(chǎn)生太赫茲波的可能性。 （5）在實(shí)驗(yàn)上詳細(xì)研究了光子晶體光纖次芯中的三種偏振調(diào)控的藍(lán)移非孤子輻射產(chǎn)生。藍(lán)移輻射的波長(zhǎng)可在一定范圍內(nèi)調(diào)