基于硫系玻璃光纤的中红外超连续谱产生研究进展
发布时间：2020-12-12 07:10
硫系玻璃具有超宽的红外光谱透过范围、极高的线性和非线性折射率,已成为目前唯一能产生中远红外超连续(SC)谱输出的光纤基质材料,近三年来国际上在此领域取得了系列重要进展。从硫系阶跃型光纤、微结构光纤和拉锥光纤中的红外超连续谱输出以及光谱相干性、全光纤化SC光源等几个方面综述了硫系玻璃光纤的最新研究进展。
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020年07期 第41-55页 北大核心
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
8 基于MOPA和级联泵浦的全光纤化SC光源[53]。（a）基于MOPA和级联泵浦的全光纤SC光源装置图；（b)ZBLAN（黑线）、AS2S3（红线）和As2Se3（蓝线）光纤中的SC谱输出
大模场面积微结构硫系拉锥光纤的耦合效率高，可产生宽带的SC谱输出，还可以获得较高的输出功率。2017年，丹麦科技大学Petersen等[35]将大模场面积的Ge-As-Se微结构光纤从纤芯直径15.1μm拉锥到5.9μm,ZDW从9.8μm蓝移到3.6μm，在此基础上研究了未拉锥输入和输出端光纤在长度上的非对称性对SC谱输出特性的影响。当采用工作波长为4μm、脉宽为250fs、重复频率为21MHz的OPA对非对称的拉锥光纤进行泵浦时得到了如图9所示的SC输出。结果表明：1）当未拉锥的输入端光纤长度较长时，泵浦光波长先位于光纤的正常色散区，难以越过零色散波长进入反常色散区，孤子相关的非线性效应难以发挥作用，即使在锥腰部分，也因为位于反常色散区的光功率相对较小而使得非线性效应强度受限，因此SC谱展宽有限；2）当未拉锥的输出端光纤长度较长时，泵浦光已在锥腰部分通过孤子效应得到了充分的展宽，具有正常色散的未拉锥输出端光纤不仅不能够使得SC谱得到进一步展宽，反而会消耗其光功率，优化拉锥光纤的未拉锥部分长度，可以得到较宽的SC谱输出。2.4 三种结构硫系光纤SC谱输出汇总对比
另外，拉锥硫系光纤结构特性也会影响SC谱的相干性。2016年，日本丰田工业大学Liu等[43]通过数值模拟研究了AsSe2-As2S5拉锥光纤的非对称锥区长度对SC谱相干性的影响，如图14所示。以脉宽为500fs、重复频率为1kHz、峰值功率为1kW的4μm激光为泵浦源进行研究，结果表明，在不同的锥区直径变化过程中，当泵浦波长位于正常色散区时，自相位调制是SC谱展宽的主要机制，产生的光谱可以保持非常好的相干性。一旦泵浦波长超越光纤的ZDW进入反常色散区，孤子效应在SC展宽过程中会占据主导作用，SC谱的相干性就会降低。这也说明孤子效应和调制不稳定性带来的噪声放大是SC谱相干性退化的主要原因。图1 3 As-S拉锥光纤色散特性和SC谱输出[41]。（a）不同纤芯直径的As-S光纤的色散特性；（b）不同纤芯直径As-S光纤SC谱输出相干性曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]硫系光纤红外超连续谱输出研究进展[J]. 王莹莹,戴世勋,罗宝华,张培晴,王训四,刘自军. 激光与光电子学进展. 2016(09)
[2]硫系As2S3悬吊芯光纤制备及其光谱性能研究[J]. 祝清德,王训四,张培晴,彭涛,陈玮,聂秋华,孙礼红,程辞,刘硕,潘章豪,廖方兴,张培全,刘自军,戴世勋,Guangming Tao. 光学学报. 2015(12)
[3]基于硫系玻璃光纤的红外超连续谱的研究进展[J]. 汪翠,戴世勋,张培晴,张斌,王训四,沈祥,侯静,王荣平,陶光明. 激光与光电子学进展. 2015(03)
[4]高非线性色散平坦光子晶体光纤的数值模拟与分析[J]. 李绪友,许振龙,凌卫伟,郭慧,王岁儿. 中国激光. 2014(05)
[5]红外硫系玻璃光纤在传感领域的研究进展[J]. 尹冬梅,戴世勋,王训四,许银生,张培晴,林常规,沈祥. 激光与光电子学进展. 2013(02)
[6]硫系玻璃光子晶体光纤研究进展[J]. 戴世勋,於杏燕,张巍,林常规,宋宝安,王训四,刘永兴,徐铁峰,聂秋华. 激光与光电子学进展. 2011(09)
[7]微结构硫化物光纤中中红外超连续谱的产生[J]. 夏兰叶,文建国,赵楚军,谢栋. 激光与光电子学进展. 2011(04)
博士论文
[1]光谱可控的可见光超连续谱与中红外超连续谱产生研究[D]. 张斌.国防科学技术大学 2012
本文编号：2912089
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020年07期 第41-55页 北大核心
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
8 基于MOPA和级联泵浦的全光纤化SC光源[53]。（a）基于MOPA和级联泵浦的全光纤SC光源装置图；（b)ZBLAN（黑线）、AS2S3（红线）和As2Se3（蓝线）光纤中的SC谱输出
大模场面积微结构硫系拉锥光纤的耦合效率高，可产生宽带的SC谱输出，还可以获得较高的输出功率。2017年，丹麦科技大学Petersen等[35]将大模场面积的Ge-As-Se微结构光纤从纤芯直径15.1μm拉锥到5.9μm,ZDW从9.8μm蓝移到3.6μm，在此基础上研究了未拉锥输入和输出端光纤在长度上的非对称性对SC谱输出特性的影响。当采用工作波长为4μm、脉宽为250fs、重复频率为21MHz的OPA对非对称的拉锥光纤进行泵浦时得到了如图9所示的SC输出。结果表明：1）当未拉锥的输入端光纤长度较长时，泵浦光波长先位于光纤的正常色散区，难以越过零色散波长进入反常色散区，孤子相关的非线性效应难以发挥作用，即使在锥腰部分，也因为位于反常色散区的光功率相对较小而使得非线性效应强度受限，因此SC谱展宽有限；2）当未拉锥的输出端光纤长度较长时，泵浦光已在锥腰部分通过孤子效应得到了充分的展宽，具有正常色散的未拉锥输出端光纤不仅不能够使得SC谱得到进一步展宽，反而会消耗其光功率，优化拉锥光纤的未拉锥部分长度，可以得到较宽的SC谱输出。2.4 三种结构硫系光纤SC谱输出汇总对比
另外，拉锥硫系光纤结构特性也会影响SC谱的相干性。2016年，日本丰田工业大学Liu等[43]通过数值模拟研究了AsSe2-As2S5拉锥光纤的非对称锥区长度对SC谱相干性的影响，如图14所示。以脉宽为500fs、重复频率为1kHz、峰值功率为1kW的4μm激光为泵浦源进行研究，结果表明，在不同的锥区直径变化过程中，当泵浦波长位于正常色散区时，自相位调制是SC谱展宽的主要机制，产生的光谱可以保持非常好的相干性。一旦泵浦波长超越光纤的ZDW进入反常色散区，孤子效应在SC展宽过程中会占据主导作用，SC谱的相干性就会降低。这也说明孤子效应和调制不稳定性带来的噪声放大是SC谱相干性退化的主要原因。图1 3 As-S拉锥光纤色散特性和SC谱输出[41]。（a）不同纤芯直径的As-S光纤的色散特性；（b）不同纤芯直径As-S光纤SC谱输出相干性曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]硫系光纤红外超连续谱输出研究进展[J]. 王莹莹,戴世勋,罗宝华,张培晴,王训四,刘自军. 激光与光电子学进展. 2016(09)
[2]硫系As2S3悬吊芯光纤制备及其光谱性能研究[J]. 祝清德,王训四,张培晴,彭涛,陈玮,聂秋华,孙礼红,程辞,刘硕,潘章豪,廖方兴,张培全,刘自军,戴世勋,Guangming Tao. 光学学报. 2015(12)
[3]基于硫系玻璃光纤的红外超连续谱的研究进展[J]. 汪翠,戴世勋,张培晴,张斌,王训四,沈祥,侯静,王荣平,陶光明. 激光与光电子学进展. 2015(03)
[4]高非线性色散平坦光子晶体光纤的数值模拟与分析[J]. 李绪友,许振龙,凌卫伟,郭慧,王岁儿. 中国激光. 2014(05)
[5]红外硫系玻璃光纤在传感领域的研究进展[J]. 尹冬梅,戴世勋,王训四,许银生,张培晴,林常规,沈祥. 激光与光电子学进展. 2013(02)
[6]硫系玻璃光子晶体光纤研究进展[J]. 戴世勋,於杏燕,张巍,林常规,宋宝安,王训四,刘永兴,徐铁峰,聂秋华. 激光与光电子学进展. 2011(09)
[7]微结构硫化物光纤中中红外超连续谱的产生[J]. 夏兰叶,文建国,赵楚军,谢栋. 激光与光电子学进展. 2011(04)
博士论文
[1]光谱可控的可见光超连续谱与中红外超连续谱产生研究[D]. 张斌.国防科学技术大学 2012
本文编号：2912089
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