1 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津
2 中国人民解放军93046部队, 沈阳
作为光纤非线性效应中的一种, 孤子自频移效应由于其特殊的脉冲自持性而成为光纤中超短脉冲波长调谐的有效方式。从理论计算和实验验证角度对光纤中的孤子自频移效应进行研究, 基于广义非线性薛定谔方程对光纤中的孤子自频移效应进行仿真计算, 通过测量超短脉冲在保偏光子晶体光纤输出端的光谱对其进行实验分析, 理论和实验结果相符合, 均表明基于孤子自频移效应的超短脉冲波长可以实现大于300 nm的光纤反常色散区连续调谐。
孤子自频移 超短脉冲 波长调谐 光子晶体光纤 soliton self-frequency shift effect ultrashort pulse wavelength tuning photonic crystal fiber
1 宁波大学 红外材料与器件实验室， 浙江 宁波 315211
2 宁波大学 浙江省光电探测材料与器件重点实验室，浙江 宁波 315211
3 武汉理工大学 硅酸盐材料科学与工程实验室，湖北 武汉 430070
研究了基于色散调制硒化锌脊形波导中红外超连续谱的产生，仿真表明通过调整波导中波导芯层和包层之间的折射率差距和结构参数，零色散波长可以转移到更短的波长。用2 μm厚的Ge5As10S85玻璃作为包层，可以将光场限制在4和8 μm宽的波导中。为了解泵浦波长和结构参数对超连续谱产生的影响，模拟5 cm长波导在不同条件下产生的超连续谱。我们的结果表明，泵浦波长和功率以及波导参数是影响超连续谱展宽的主要原因。研究发现，4 μm宽硒化锌波导在4.5 μm波长20千瓦峰值功率下可以产生3.0～12.2 μm（大于2倍频程）超连续谱，这有利于片上超连续光源应用在生物医学成像、中红外环境和工业传感上。
ZnSe脊波导 超连续谱 孤子自频移 色散调制 ZnSe rib waveguides supercontinuum soliton self-frequency dispersion-engineered
1 吉林大学 电子科学与工程学院, 集成光电子学国家重点联合实验室, 吉林 长春 130012
2 北京工业大学 激光工程研究院, 北京 100022
3 南方科技大学 生物医学工程系, 广东 深圳 518055
可调谐中红外飞秒光纤激光器具有非常普遍的应用, 从而引起了人们的广泛关注。目前, 非线性光纤中的拉曼孤子自频移效应是实现大范围可调谐飞秒脉冲激光的理想方法之一。然而, 非线性光纤中其他高阶非线性效应的产生通常会限制拉曼孤子脉冲的能量提升。本文提出了利用有源掺杂光纤作为非线性介质和增益介质实现可调谐大能量中红外飞秒激光脉冲的方法。在理论上研究了有源掺杂非线性光纤中高阶孤子劈裂和孤子自频移效应的产生, 以及线性增益对波长移动拉曼孤子能量、脉宽、光谱的影响。结果表明, 通过为波长红移的低能量拉曼孤子提供线性增益, 孤子脉冲的能量得到了显著提升且保持了其单脉冲特性, 脉冲宽度为 45 fs, 且孤子脉冲的波长可通过所提供的增益进行大范围调谐。因此, 利用有源掺杂光纤作为非线性介质是实现大能量可调谐中红外飞秒脉冲激光的一种有效方法。
中红外飞秒脉冲 可调谐 孤子自频移效应 线性增益 mid-infrared femtosecond pulse tunable soliton self-frequency shifting effects optical gain
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
2 山东大学苏州研究院, 江苏 苏州 215123
对单模光纤中的孤子自频移效应进行了数值仿真和实验研究, 分析和验证了光纤和孤子脉冲的各种参数对孤子自频移的影响。利用分步傅里叶方法进行数值仿真, 发现孤子频移量随孤子脉冲峰值功率与光纤非线性系数的增加而增加, 随孤子脉冲宽度以及光纤色散的增加而减小。对2 km单模光纤中的孤子自频移效应进行实验研究, 通过调节孤子峰值功率实现了5.44~26.64 nm的连续可调谐移频, 所得结果与数值仿真结果一致。研究表明, 通过灵活调节孤子脉冲和光纤的各个参数, 可以有效地调节孤子频移量, 这为孤子自频移的多种实际应用提供了指导。
非线性光学 光孤子 孤子自频移 非线性光纤光学 分步傅里叶方法 激光与光电子学进展
2018, 55(10): 101902
1 电子科技大学 光电信息学院 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
2 电子科技大学 电子材料与器件协同创新中心, 成都 610054
提出一种基于多个并行Sagnac环梳状滤波器实现波长编码的方法, 可用于孤子自频移全光模数转换的光学编码.仿真结果表明: 该方法在1 601 nm~1 707 nm孤子自频移波段成功实现了5 bits的光学编码, 最大微分线性误差和积分线性误差分别为0.088LSB和0.482LSB.与其他波长编码方式相比, 该方法结构简单、工作波长范围宽, 并且具有非常好的编码位数扩展性.
模数转换器 光子学 光学编码 孤子自频移 Sagnac环 Analog-to-digital conversion Photonics Optical coding Soliton self-frequency shift Sagnac-loop-filter 光子学报
2017, 46(11): 1125002
浙江大学 光电科学与工程学院 光及电磁波研究中心, 杭州310058
设计了一种10 m掺铥光纤级联于3 m大模场光子晶体光纤末端的结构，利用400 fs、1 550 nm脉冲光产生孤子自频移，在入射光功率相同的情况下，掺铥光纤末端的孤子频移量比大模场光纤末端多100~150 nm，平均多30%左右.孤子与泵浦光在掺铥光纤末端的输出光谱表明，残留泵浦光作用于Tm3+，在1.8~2.1 μm范围产生受激辐射，从而增强了拉曼效应，导致孤子自频移增强.实验结果揭示了一种增强孤子自频移效应的方法，对于了解孤子在光纤中频移特性和提高基于孤子自频移的可调谐光源的调谐范围等具有参考意义.
非线性光学 可调谐光源 级联光纤 孤子 孤子自频移 增强效应 Nonlinear optics Tunable light sources Cascaded fiber Solitons Soliton self-frequency shift Enhanced effect
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室, 光纤传感研究所, 天津 300072
2 堪萨斯大学电气工程与计算科学系, 堪萨斯州 劳伦斯 66045, 美国
3 国家海洋技术中心, 天津 300112
提出了基于液晶相位延迟的用于相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)激发源的斯托克斯光的快速宽范围波长电调谐方法。数值仿真分析了脉冲的峰值功率和光子晶体光纤(PCF)长度对光孤子自频移(SSFS)频移量的影响, 计算结果表明对2 m长的PCF, 注入光脉冲的峰值功率为2.7 kW时, 可探测波数为3509 cm-1。基于液晶相位延迟器构建了快速波长调谐装置并搭建了实验系统, 实验结果表明波长切换响应时间可达0.165 ms, 对1.98 m长的PCF注入峰值功率范围为0.108~2.517 kW的光脉冲时, 基阶孤子中心波长调谐范围为807~1064 nm, 理论可探测波数范围为432~3422 cm-1。
激光器 光孤子自频移 波长调谐 相干反斯托克斯拉曼散射 光子晶体光纤
1 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室， 上海 200240
2 中国人民解放军装备学院光电装备系， 北京 101416
探讨了基于孤子自频移（SSFS）效应的高精度全光量化技术。通过仿真分析孤子自频移特性，发现当输入脉冲的脉宽在150 fs时，量化比特位（NOB）可以达到8，对应的有效比特位（ENOB）为7.02。更小的脉宽无法保证量化比特位，而更宽的脉宽则会影响量化函数的线性度，降低有效比特位。150 fs对应的谱宽9.8 nm 和平均功率0.92 W（50 GHz的脉冲速率下）也都可以较容易地由已有的光学技术得到。而啁啾会展宽脉宽，显著降低量化比特位和有效比特位，因此需尽量避免。
光纤光学 全光量化 孤子自频移 非线性
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
研究了超短激光脉冲在氟化物光纤中的孤子自频移效应。当波长为1550 nm的长脉冲光抽运氟化物光纤时，光纤中的调制不稳定性和脉冲传输时的孤子自频移效应，以及短波方向产生的色散波对脉冲的频谱演化起了重要作用。当输入脉冲为超短脉冲且孤子阶数较低时，输出频谱的变化主要受孤子自频移效应的影响。研究了飞秒脉冲抽运时脉冲峰值功率、初始啁啾及光纤长度等参数对孤子自频移效应的影响。通过改变1550 nm抽运脉冲的峰值功率，可将氟化物光纤中最大红移拉曼孤子的中心波长调谐到2.6 μm以上。利用氟化物光纤中的孤子自频移效应，结合特定波段的稀土掺杂光纤放大器，通过级联拉曼孤子自频移的方式可实现大波长范围的可调谐近中红外激光输出。
光纤光学 孤子自频移效应 氟化物光纤 可调谐激光 中国激光
2013, 40(s1): s105010
