百飞秒级脉宽的宽带超连续谱光源的产生
发布时间：2021-02-21 20:03
实现了一种适合于相干拉曼光谱探测的宽带超连续谱光源的方法,使用1 064nm飞秒激光泵浦全正色散光子晶体光纤,并用光栅对对脉冲进行压缩,最终获得了脉宽178fs,频谱范围处于760～1 300nm的超连续谱光源.对超连续谱脉冲的时间频谱结构进行了分析,未经过压缩的超连续谱的脉冲宽度达到1.43ps,不同频率的成分之间延迟较大,但基本上呈线性平滑分布,因此可以使用光栅对进行色散补偿;此外,提高泵浦光的功率虽然能够增加光谱展宽,但会引入高阶色散,并不利于色散补偿.最后,使用该超连续谱搭建的三色相干反斯托克斯拉曼散射光谱探测系统,测量了苯甲腈溶液的相干反斯托克斯拉曼散射信号光谱,同时获得了3 200cm-1范围内的所有振动模式,验证了该超连续光谱的性能.
【文章来源】：光子学报. 2020,49(09)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
色散补偿前后SC的时间频谱结构以及对应在时域上的强度分布[14]
NL-1050-NEG全正色散PCF的色散曲线如图2(a）所示，其最大群速度色散量大约在λ=1 060nm处，光纤端面在扫描电子显微镜下的结构如图2(b),10层呈三角分布的空气微孔阵列构成光纤的包层，空气孔直径为0.561 6μm，孔间距为1.44μm，光纤的纤芯为实芯熔硅材料，纤芯直径为2.3±0.3μm．系统选择的光纤飞秒激光器，其重复频率20.86 MHz，输出的脉冲光谱如图2(c），红色圆圈表示光谱仪测量得到的数据，而蓝色实线则是经过拟合后的结果，显示中心波长为1 064nm；使用自相关仪测量了脉冲的自相关曲线，计算得到脉冲宽度为280fs．因此，在泵浦NL-1050-NEG型PCF时，能够获得接近最大的展宽．考虑到光纤中的损耗以及其他非线性作用，在实验中选择长度为42cm的全正色散PCF进行展宽．为了获得更大的光谱展宽量，需要使用较大功率的入射脉冲泵浦光纤．因此，在光纤端面的聚焦光斑具有非常高的功率密度，很容易因为灰尘颗粒或者脉冲波动，导致光纤端面损坏，影响光纤的耦合效率．为了解决这些问题，可以将PCF与单模光纤进行熔接，或者对光纤端面进行塌陷研磨的方法处理，最终获得破坏阈值更高的光纤端面．但是使用单模光纤熔接的方法，在熔接处会产生额外的损耗，需要恒温装置进行降温，而且单模光纤也会引入额外的光谱展宽，因此选择了塌陷研磨的方法进行处理．在研磨光纤端面之后，进行多次放电使光纤前端面塌缩，这样处理之后的耦合效率可以达到40%以上．
详细的模拟过程以及结果见参考文献[14]．数值模拟中分析了不同泵浦脉冲对光谱展宽的影响，以及SC的结构变化．采用中心波长1 060nm，脉宽为50fs，能量为1.5nJ的超短脉冲泵浦12cm长的NL-1050-NEG型光纤，模拟得到的SC的时谱结构和时间分布如图1(a）和（c）所示，光谱已经能够获得很大的展宽（740～1 450nm），同时光谱结构也较为平坦，但是不同频率成分之间的延迟达到2ps以上，明显呈S形分布，这是由于脉冲在全正色散PCF中传输时，GVD使脉冲产生线性频率啁啾，而SPM感应啁啾沿整个脉冲且为非线性的．对于其中的线性啁啾，可以使用棱镜对或光栅对进行补偿，而高阶色散部分，则只能通过空间光调制器进行补偿．图1(b）和（d）表示经过线性补偿后的脉冲结构以及时域的分布，可以看到在高频部分和低频部分难以被很好地压缩，并在时域上形成了两个拖尾．对补偿后的脉冲进行拟合，结果显示其半高全宽能达到大约15fs.图1 色散补偿前后SC的时间频谱结构以及对应在时域上的强度分布[14]
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光子晶体光纤的百瓦超连续谱的产生[J]. 赵磊,李超,黎玥,王琳,张昊宇. 中国激光. 2017(02)
[2]基于全正色散光子晶体光纤的超连续谱光源[J]. 刘双龙,陈丹妮,刘伟,牛憨笨. 物理学报. 2013(18)
本文编号：3044846
【文章来源】：光子学报. 2020,49(09)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
色散补偿前后SC的时间频谱结构以及对应在时域上的强度分布[14]
NL-1050-NEG全正色散PCF的色散曲线如图2(a）所示，其最大群速度色散量大约在λ=1 060nm处，光纤端面在扫描电子显微镜下的结构如图2(b),10层呈三角分布的空气微孔阵列构成光纤的包层，空气孔直径为0.561 6μm，孔间距为1.44μm，光纤的纤芯为实芯熔硅材料，纤芯直径为2.3±0.3μm．系统选择的光纤飞秒激光器，其重复频率20.86 MHz，输出的脉冲光谱如图2(c），红色圆圈表示光谱仪测量得到的数据，而蓝色实线则是经过拟合后的结果，显示中心波长为1 064nm；使用自相关仪测量了脉冲的自相关曲线，计算得到脉冲宽度为280fs．因此，在泵浦NL-1050-NEG型PCF时，能够获得接近最大的展宽．考虑到光纤中的损耗以及其他非线性作用，在实验中选择长度为42cm的全正色散PCF进行展宽．为了获得更大的光谱展宽量，需要使用较大功率的入射脉冲泵浦光纤．因此，在光纤端面的聚焦光斑具有非常高的功率密度，很容易因为灰尘颗粒或者脉冲波动，导致光纤端面损坏，影响光纤的耦合效率．为了解决这些问题，可以将PCF与单模光纤进行熔接，或者对光纤端面进行塌陷研磨的方法处理，最终获得破坏阈值更高的光纤端面．但是使用单模光纤熔接的方法，在熔接处会产生额外的损耗，需要恒温装置进行降温，而且单模光纤也会引入额外的光谱展宽，因此选择了塌陷研磨的方法进行处理．在研磨光纤端面之后，进行多次放电使光纤前端面塌缩，这样处理之后的耦合效率可以达到40%以上．
详细的模拟过程以及结果见参考文献[14]．数值模拟中分析了不同泵浦脉冲对光谱展宽的影响，以及SC的结构变化．采用中心波长1 060nm，脉宽为50fs，能量为1.5nJ的超短脉冲泵浦12cm长的NL-1050-NEG型光纤，模拟得到的SC的时谱结构和时间分布如图1(a）和（c）所示，光谱已经能够获得很大的展宽（740～1 450nm），同时光谱结构也较为平坦，但是不同频率成分之间的延迟达到2ps以上，明显呈S形分布，这是由于脉冲在全正色散PCF中传输时，GVD使脉冲产生线性频率啁啾，而SPM感应啁啾沿整个脉冲且为非线性的．对于其中的线性啁啾，可以使用棱镜对或光栅对进行补偿，而高阶色散部分，则只能通过空间光调制器进行补偿．图1(b）和（d）表示经过线性补偿后的脉冲结构以及时域的分布，可以看到在高频部分和低频部分难以被很好地压缩，并在时域上形成了两个拖尾．对补偿后的脉冲进行拟合，结果显示其半高全宽能达到大约15fs.图1 色散补偿前后SC的时间频谱结构以及对应在时域上的强度分布[14]
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光子晶体光纤的百瓦超连续谱的产生[J]. 赵磊,李超,黎玥,王琳,张昊宇. 中国激光. 2017(02)
[2]基于全正色散光子晶体光纤的超连续谱光源[J]. 刘双龙,陈丹妮,刘伟,牛憨笨. 物理学报. 2013(18)
本文编号：3044846
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