飞秒激光脉冲在高非线性光子晶体光纤中产生超连续谱的实验研究

刘卫华; 宋啸中; 王屹山; 刘红军; 赵  卫; 刘雪明; 彭钦军; 许祖彦

doi:10.7498/aps.57.917

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摘要
使用钛宝石激光器抽运一根长1m的高非线性光子晶体光纤，获得的超连续谱波长覆盖范围为420—1700nm，输出功率为170mW，转换效率在20%以上；对实验结果给出了详细的分析，并与理论模拟结果相比较，认为超连续谱产生的主要原因是高阶孤子的分裂和四波混频效应.同时研究了不同抽运功率和不同抽运波长下超连续谱产生的情况，发现对同一根光纤，抽运功率由小到大变化时，可将输出的光谱分为初始展宽，剧烈展宽和饱和展宽三个阶段，当输出的光谱处于初始展宽和饱和展宽阶段时，都会存在一定的抽运残留，当输出的光谱处于剧烈展宽时，转

关键词:
光子晶体光纤 /

超连续谱 /

高阶孤子 /

反常色散区
Abstract
We pumped a 1m long highly nonlinear photonic crystal fiber by a Ti: sapphire laser and generated a supercontinuum with the wavelength extension form 420—1700nm，of which the output power was about 170mW and we conversion efficiency was above 20%. The experiment result was particularly analyzed and compared with calculated result，and we consider the main reasons of supercontinuum generation was fission of high-order solitons and four-wave mixing. We also researched the supercontinuum generation under different pump power and wavelength conditions. With the pump power increased gradually in the same fiber，the output spectrum can be divided into initial broadening stage，dramatic broadening stage and saturation broadening stage. When the output spectrum is in the initial broadening stage or saturation broadening stage，there exists some residual pump，when the output spectrum is in the dramatic broadening stage，the highest conversion efficiency is obtained. When the pump wavelength is in the anomalous dispersion reion of the fiber，the spectrum width is far broader than that in the zero dispersion region，but the shapes of the spectra are very similar. These conclusions provide valuable reference for supercontinuum system optimization and control.

Keywords:
photonic crystal fibers /

supercontinuum /

high-order solitons /

anomalous dispersion region
作者及机构信息
刘卫华¹,

宋啸中³,

王屹山³,

刘红军³,

赵卫³,

刘雪明³,

彭钦军²,

许祖彦²

(1)武汉工业学院数理科学系，武汉 430023；中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119; (2)中国科学院物理研究所光物理实验室，北京 100080; (3)中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：60408002，60537060)资助的课题.
Authors and contacts
Liu Wei-Hua¹,

Song Xiao-Zhong³,

Wang Yi-Shan³,

Liu Hong-Jun³,

Zhao Wei³,

Liu Xue-Ming³,

Peng Qin-Jun²,

Xu Zu-Yan²

(1)武汉工业学院数理科学系，武汉 430023；中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119; (2)中国科学院物理研究所光物理实验室，北京 100080; (3)中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119
参考文献

施引文献

[1]	熊梦杰, 李进延, 罗兴, 沈翔, 彭景刚, 李海清. 新型高双折射微结构纤芯光子晶体光纤的可调谐超连续谱的特性研究. 物理学报, 2017, 66(9): 094204. doi: 10.7498/aps.66.094204
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[3]	贾楠, 李唐军, 孙剑, 钟康平, 王目光. 高非线性光纤正常色散区利用皮秒脉冲产生超连续谱的相干特性. 物理学报, 2014, 63(8): 084203. doi: 10.7498/aps.63.084203
[4]	张心贲, 罗兴, 程兰, 李海清, 彭景刚, 戴能利, 李进延. 双零色散光子晶体光纤中可见光超连续谱的产生. 物理学报, 2014, 63(3): 034204. doi: 10.7498/aps.63.034204
[5]	祝贤, 张心贲, 陈翔, 彭景刚, 戴能利, 李海清, 李进延. 在色散渐减光子晶体光纤中产生超连续谱的实验研究. 物理学报, 2013, 62(9): 094217. doi: 10.7498/aps.62.094217
[6]	赵原源, 周桂耀, 李建设, 韩颖, 王超, 王伟. V型高双折射光子晶体光纤超连续谱产生的实验研究. 物理学报, 2013, 62(21): 214212. doi: 10.7498/aps.62.214212
[7]	刘双龙, 陈丹妮, 刘伟, 牛憨笨. 基于全正色散光子晶体光纤的超连续谱光源. 物理学报, 2013, 62(18): 184210. doi: 10.7498/aps.62.184210
[8]	王威彬, 杨华, 唐平华, 韩芳. 光子晶体光纤超连续谱产生过程中色散波的孤子俘获研究. 物理学报, 2013, 62(18): 184202. doi: 10.7498/aps.62.184202
[9]	李荧, 侯静, 王彦斌, 靳爱军, 姜宗福. 高相干度超连续谱产生的理论研究. 物理学报, 2012, 61(9): 094212. doi: 10.7498/aps.61.094212
[10]	宋锐, 侯静, 陈胜平, 王彦斌, 陆启生. 177.6 W全光纤超连续谱光源. 物理学报, 2012, 61(5): 054217. doi: 10.7498/aps.61.054217
[11]	李建锋, 周桂耀, 侯蓝田. 光子晶体光纤超连续谱的孤子俘获数值研究. 物理学报, 2012, 61(12): 124203. doi: 10.7498/aps.61.124203
[12]	靳爱军, 王泽锋, 侯静, 郭良, 姜宗福. 光子晶体光纤反常色散区抽运产生超连续谱的相干特性分析. 物理学报, 2012, 61(12): 124211. doi: 10.7498/aps.61.124211
[13]	王彦斌, 熊春乐, 侯静, 陆启生, 彭杨, 陈子伦. 长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的理论研究. 物理学报, 2011, 60(1): 014201. doi: 10.7498/aps.60.014201
[14]	陈泳竹, 李玉忠, 徐文成. 色散平坦渐减光纤产生平坦超宽超连续谱的特性研究. 物理学报, 2008, 57(12): 7693-7698. doi: 10.7498/aps.57.7693
[15]	夏舸, 黄德修, 元秀华. 正常色散平坦光纤中皮秒抽运脉冲超连续谱的形成研究. 物理学报, 2007, 56(4): 2212-2217. doi: 10.7498/aps.56.2212
[16]	贾亚青, 闫培光, 吕可诚, 张铁群, 朱晓农. 高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲的传输特性和超连续谱产生机制的实验研究及模拟分析. 物理学报, 2006, 55(4): 1809-1814. doi: 10.7498/aps.55.1809
[17]	陈泳竹, 李玉忠, 屈圭, 徐文成. 反常色散平坦光纤产生平坦宽带超连续谱的数值研究. 物理学报, 2006, 55(2): 717-722. doi: 10.7498/aps.55.717
[18]	刘卫华, 王屹山, 刘红军, 段作梁, 赵卫, 李永放, 彭钦军, 许祖彦. 初始啁啾对飞秒脉冲在光子晶体光纤中超连续谱产生的影响. 物理学报, 2006, 55(4): 1815-1820. doi: 10.7498/aps.55.1815
[19]	刘俭辉, 丁永奎, 谭莉, 胡智勇, 李世忱. 色散渐减光纤的脉冲压缩研究. 物理学报, 2004, 53(5): 1373-1377. doi: 10.7498/aps.53.1373
[20]	成纯富, 王晓方, 鲁波. 飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱产生. 物理学报, 2004, 53(6): 1826-1830. doi: 10.7498/aps.53.1826

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飞秒激光脉冲在高非线性光子晶体光纤中产生超连续谱的实验研究

1. (1)武汉工业学院数理科学系，武汉 430023；中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119; (2)中国科学院物理研究所光物理实验室，北京 100080; (3)中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：60408002，60537060)资助的课题.

收稿日期: 2007-05-09

修回日期: 2007-06-07

刊出日期: 2008-01-05

摘要: 使用钛宝石激光器抽运一根长1m的高非线性光子晶体光纤，获得的超连续谱波长覆盖范围为420—1700nm，输出功率为170mW，转换效率在20%以上；对实验结果给出了详细的分析，并与理论模拟结果相比较，认为超连续谱产生的主要原因是高阶孤子的分裂和四波混频效应.同时研究了不同抽运功率和不同抽运波长下超连续谱产生的情况，发现对同一根光纤，抽运功率由小到大变化时，可将输出的光谱分为初始展宽，剧烈展宽和饱和展宽三个阶段，当输出的光谱处于初始展宽和饱和展宽阶段时，都会存在一定的抽运残留，当输出的光谱处于剧烈展宽时，转

关键词:

Experimental research of supercontinuum generation by femtosecond pulse in highly nonlinear photonic crystal fiber

1.
(1)武汉工业学院数理科学系，武汉 430023；中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119; (2)中国科学院物理研究所光物理实验室，北京 100080; (3)中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119

Received Date: 09 May 2007

Accepted Date: 07 June 2007

Published Online: 05 January 2008

Abstract: We pumped a 1m long highly nonlinear photonic crystal fiber by a Ti: sapphire laser and generated a supercontinuum with the wavelength extension form 420—1700nm，of which the output power was about 170mW and we conversion efficiency was above 20%. The experiment result was particularly analyzed and compared with calculated result，and we consider the main reasons of supercontinuum generation was fission of high-order solitons and four-wave mixing. We also researched the supercontinuum generation under different pump power and wavelength conditions. With the pump power increased gradually in the same fiber，the output spectrum can be divided into initial broadening stage，dramatic broadening stage and saturation broadening stage. When the output spectrum is in the initial broadening stage or saturation broadening stage，there exists some residual pump，when the output spectrum is in the dramatic broadening stage，the highest conversion efficiency is obtained. When the pump wavelength is in the anomalous dispersion reion of the fiber，the spectrum width is far broader than that in the zero dispersion region，but the shapes of the spectra are very similar. These conclusions provide valuable reference for supercontinuum system optimization and control.

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