反常色散平坦光纤产生平坦宽带超连续谱的数值研究

使用钛宝石飞秒激光器抽运一根长30cm的光子晶体光纤,产生了从可见到近红外区的超连续谱,波长范围为465~2500nm,光谱展宽范围达到了2000nm以上,同时研究了超连续谱产生的机制.

利用中心波长1064nm的纳秒激光脉冲入射到普通单模光纤中,获得了从700nm到超过1750nm的超连续谱输出。在正常色散区抽运下,光谱首先出现多级拉曼斯托克斯线,随着抽运功率或光纤长度的增加,斯托克斯能量将进入光纤反常色散区,形成光孤子,随后与孤子相关的非线性效应将使光谱进一步展宽。实验结果表明,当单模光纤长度为28m时,产生的光谱在1260~1750nm范围内,有较好的光谱平坦度(小于3.8db)、较强的光谱光功率密度(平均约为0.4mw/nm)并且单模输出。

介绍该课题组近两年在光子晶体光纤超连续谱方面的主要研究成果,包括基于连续波泵浦研制全光纤化超连续谱源,利用级联一段高非线性正常色散光纤,通过光纤的受激拉曼散射效应实现超连续谱的平坦化;基于皮秒锁模光纤激光器实现全光纤化5w输出超连续谱源;拉制一段145m的锥形光子晶体光纤,利用自制的纳秒光纤激光器与锥形光子晶体光纤熔接,制备输出功率2.2w的宽带超连续谱源;利用自制的网状光子晶体光纤和全固态光子带隙光纤,分别研究亚微米薄壁上偏振相关的超连续谱产生,以及基于四波混频效应产生的超连续谱.

超连续谱光源在很多领域具有广泛而重要的应用,过去40多年一直是国际研究热点之一。但一方面由于普通双包层光纤与光子晶体光纤模场不匹配会导致较高的熔接损耗和耦合损耗;另一方面受高质量超快光纤脉冲激光器输出平均功率的限制,目前超连续谱光源的最高输出平均功率只有50w。报道了一种全光纤结构的超连续谱光源,输出平均功率为70w。由于整个装置采用一种新的超连续谱形成机制,较好解决了普通双包层光纤与光子晶体光纤由于模场不匹配导致的较高熔接损耗和耦合损耗;降低了对脉冲泵浦源光谱质量的要求。

为了实现高平坦的c+l波段放大的自发辐射光(ase)光输出,提出并设计了一种基于ld单泵浦源,并且采用两段掺杂浓度完全相同的掺er3+光纤(edf)作为增益介质的宽带光源。对光源的基本原理及实现方案进行了理论分析和实验验证。首先,根据er3+能级结构介绍c+l波段宽带光源的产生原理。然后,设计系统结构,在结构中采用976nmld作泵浦源,通过耦合器将泵浦光按照一定比例分为两路对edf泵浦;采用两支波分复用器(wdm)将泵浦光耦合进入edf,并通过熔接环形镜(flm)提高转换效率;输出端熔接隔离器(iso)防止端面回波对输出造成影响。最后,根据edf的ase增益数学模型对edf长度进行了分析和优化。实验结果表明,用于调整c波段ase光输出的edf1长选用2m,用于调整l波段ase光输出edf2长选为16m,获得平坦c+l波段ase光输出,在不使用任何滤波器的条件下,在1540~1610nm波段范围内光谱平坦度为±0.525db,在1520~1610nm范围内光谱平坦度为±1.119db。本文方法使用1支976nmld实现了c+l波段的高平坦输出,简化了系统结构,并降低了系统成本。

为了实现高平坦的c＋l波段放大的自发辐射光（ase）光输出，提出并设计了一种基于ld单泵浦源，并且采用两段掺杂浓度完全相同的掺er^3＋光纤（edf）作为增益介质的宽带光源。对光源的基本原理及实现方案进行了理论分析和实验验证。首先，根据er^3＋能级结构介绍c＋l波段宽带光源的产生原理。然后，设计系统结构，在结构中采用976nmld作泵浦源，通过耦合器将泵浦光按照一定比例分为两路对edf泵浦；采用两支波分复用器（wdm）将泵浦光耦合进入edf，并通过熔接环形镜（flm）提高转换效率；输出端熔接隔离器（iso）防止端面回波对输出造成影响。最后，根据edf的ase增益数学模型对edf长度进行了分析和优化。实验结果表明，用于调整c波段ase光输出的edf1长选用2m，用于调整l波段ase光输出edf2长选为16m，获得平坦c＋l波段ase光输出，在不使用任何滤波器的条件下，在1540～1610nm波段范围内光谱平坦度为±0．525db，在1520～1610nm范围内光谱平坦度为±1．119db。本文方法使用1支976nmld实现了c＋l波段的高平坦输出，简化了系统结构，并降低了系统成本。

多芯光子晶体光纤便于与抽运激光器的大模场直径输出尾纤进行低损耗的熔接,能够把高功率的抽运激光耦合进光子晶体光纤中。同时,多芯光子晶体光纤的光场分布直径比单芯光子晶体光纤大,尽管激发非线性效应所需的激光抽运功率会有所提升,但是其激光损伤阈值也随之提升,即能够承受更高功率的抽运激光。因而,多芯光子晶体光纤非常适合用于构建全光纤化的高功率超连续谱光源系统。最近,国防科学技术大学采用高功率皮秒光纤激光抽运由光纤光缆制备技术国家重点实验室拉制

利用自主研发的全光纤被动锁模激光器以及高功率光纤模场匹配器,将145w的皮秒脉冲耦合进国产光子晶体光纤,实现了67.9w的高功率全光纤结构白光超连续谱输出,光谱范围为500~1700nm,10db光谱宽度大于1000nm(泵浦波长除外)。整个激光器系统的光-光(半导体泵浦源输出激光-超连续谱输出激光)转化效率达到33.8%。

分析基于单芯光子晶体光纤的超连续谱光源在提升平均输出功率时所面临的问题,指出采用多芯光子晶体光纤作为超连续谱产生介质是一种实现高功率超连续谱产生的潜在方案。使用自制皮秒光纤激光器泵浦一段国产多芯光子晶体光纤,实现了光谱范围750～1700nm,平均功率42.3w的全光纤化高功率超连续谱输出。

超连续谱光源在众多科学领域具有广泛而重要的应用,近年来一直是国际研究热点.回顾了利用连续光激光器和脉冲光激光器抽运光子晶体光纤产生超连续谱光源的形成机制以及近几年来两种机制下高功率超连续谱光源所取得的进展,分析了在提高超连续谱光源输出平均功率过程中需要克服的难题.报道了国防科学技术大学通过优化超连续谱光源的整体结构,攻克了低损耗熔接、光纤端面抗损伤、热处理以及非线性效应的有效控制等关键技术,成功研制出一种全光纤结构、输出平均功率为177.6w的超连续谱光源,光谱范围覆盖1064-2000nm,10db光谱带宽约740nm,光-光转换效率高达56%,功率水平为国际领先.

光纤色散 在光纤中传输的光信号（脉冲）的不同频率成份或不同的模式分量以不同的速度传播，到达一定距离后必 然产生信号失真（脉冲展宽），这种现象称为光纤的色散或弥散。 光纤中传输的光信号具有一定的频谱宽度，也就是说光信号具有许多不同的频率成分。同时，在多模光纤 中，光信号还可能由若干个模式叠加而成，也就是说上述每一个频率成份还可能由若干个模式分量来构成。 光纤的色散主要有材料色散、波导色散、偏振模色散和模间色散四种。其中，模间色散是多模光纤所特有 的。 这四种色散作用还相互影响，由于材料折射率n是波长λ（或频率w）的非线性函数，d2n/d2λ≠0，于是不 同频率的光波传输的群速度不同，所导致的色散成为材料色散。 由于导引模的传播常数β是波长λ(或频率w)的非线性函数，使得该导引模的群速度随着光波长的变化而变 化，所产生的色散成为波导色散（或结构色散）。 偏振模色散指光纤中偏振色

提出了方形不变的空气孔多孔光纤,并借助于二维时域有限差分法计算了孔间距取1.9μm,孔直径分别为0.9μm、1.0μm、1.1μm,以及孔直径取1.1μm,孔间距分别为1.9μm、2.0μm、2.1μm的五层方形不变的空气孔多孔光纤的基模色散曲线,并对它们的色散特性进行了比较.结果表明:这种不变多孔光纤的色散依赖于孔直径和孔间隔的比值.当它们的比值小于等于0.5时,光纤的色散曲线在1200nm~1800nm的波长范围内保持平坦且具有更低的色散量.

利用有限差分法研究了一种混合纤芯光子晶体光纤的色散特性.在光纤端面的外围区域,由空气孔在石英材料中均布排列形成包层,在中心则由圆形高折射率材料与布居其近邻的数个辅助小空气孔共同构成纤芯.辅助空气小孔使光纤的色散陡增,比普通光纤色散参数高两个数量级以上.详细的数值研究表明,纤芯周围的一圈辅助空气小孔数目越多、越靠近圆形高折射率材料则色散参数就越大.当辅助小孔距离纤芯非常近时,模场面积大幅度增大,此时不仅能获得超大色散,而且能够使光子晶体光纤具有非常小的非线性效应.改变包层空气孔的大小对色散参数影响不明显.

单模光纤与多模光纤的色散2007-10-1808:20在对光纤进行分类时，严格地来讲应该从构成 光纤的材料成分、光纤的制造方 法、光纤的传输点模数、光纤横截面上的折射率分布和工作波长等方面来分类。 现在计算机网络中最常采用的分类方法是根据传输点模数的不同进行分类。根 据传输点模数的不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。所谓"模"是指以一定 角速度进入光纤的一束光。单模光纤采用固体激光器做光源，多模光纤则采用 发光二极管做光源。多模光纤允许多束光在光纤中同时传播，从而形成模分散 (因为每一个“模”光进入光纤的角度不同它们到达另一端点的时间也不同， 这种特征称为模分散。)，模分散技术限制了多模光纤的带宽和距离，因此， 多模光纤的芯线粗，传输速度低、距离短，整体的传输性能差，但其成本比较 低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境下。单模光纤只能允许一束光传 播，所以单模光纤没有模分散

色散位移单模光纤光缆的特性

一、前言随着密集波分复用(dwdm)技术、掺铒光纤放大器(edfa)技术和光时分复用(otdm)技术的发展和成熟,光纤通信技术正向着超高速、大容量通信系统发展,并且逐步向全光网络演进。采用光时分复用(otdm)和波分复用(wdm)相结合的试验系统,容量可达3tb/s或更高;时分复用(tdm)的10gb/s系统和wdm的4×10gb/s系

非零色散位移单模光纤光缆的研究和开发

在考虑了增益介质的色散、非线性效应、增益以及损耗后,推导出超短光脉冲在分布式光纤放大器中的基本传输方程,采用分步傅里叶变换法数值模拟了皮秒光脉冲的放大传输状态,重点分析了群速度色散和三阶色散对光脉冲特性的影响。

在不同的参数条件下,用中心差分法数值计算了多模光纤的波动方程,得到lp模场分布函数,再通过数值计算迭加积分得到激光器激发出的模功率分布,进而得到多模光纤的功率转移函数.基于线性前馈均衡和判决反馈均衡对模间色散的电域补偿进行了仿真研究.结果表明,采用判决反馈均衡能使10gbit/s速率的信号在已敷设的多模光纤上传输300m,色散导致的功率劣化小于4db.

G652光纤色度色散的温度特性

为了抑制通信系统中脉冲的展宽,根据色散补偿理论,提出了一种由单一石英材料制成的双层芯光子晶体光纤(dccpcf).该光纤的色散值在1.55μm处可达到-6000ps/(nm·km).理论分析表明,在传输过程中内芯基模和外芯缺陷模以相位匹配波长为临界状态,在内芯与外芯之间相互交替传输,并在匹配波长处因模式发生强烈耦合而引起折射率产生大幅度波动.通过对结构参数d1、d2变化的情况下色散曲线的扰动情况进行分析,可为实际制备工作提供一定的理论指导.

称为非零色散位移光纤G655A