基于高非线性光纤产生超连续谱的数值研究
发布时间：2021-07-24 09:58
超连续谱因具有高亮度、宽频谱、稳定性好和价格便宜等优点,在光谱分析、高精度光学频率测量、光纤通信以及白光光源等方面具有极其重要的应用价值和发展前景。和传统的石英光纤相比,硫化物光纤和光子晶体光纤因具有高非线性系数和极高的红外透过率等特点而受到越来越广泛的关注,基于其产生超连续谱是当前研究的热点。本文分别基于硫化物光纤和光子晶体光纤在超连续谱的产生方面开展了相关的理论研究工作,具体包括以下几个方面:（1）根据麦克斯韦方程组,逐步推导出光脉冲在光纤中的传输方程,并最终得到了广义非线性薛定谔方程,随后采用分布傅里叶的方法对其进行数值求解,从而构建起光脉冲在光纤中传输演化的理论模型。（2）基于建立的光脉冲在光纤中传输的理论模型,数值研究了硫化物光纤传输过程中输入脉冲参数（包括脉冲峰值功率、脉冲宽度、初始频率啁啾）以及参考光纤长度对超连续谱产生的影响。研究结果表明,在一定范围内,输出光谱宽度随输入脉冲的峰值功率和脉冲宽度的增加而增大;正啁啾有利于光谱展宽,负啁啾则恰恰相反。此外,当初始频率啁啾小于30时,超连续谱带宽随着初始频率啁啾的增加而增大。当初始频率啁啾为30,峰值功率为1000 W,脉冲...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
傅里叶光谱仪[9]
第1章绪论2图1-1傅里叶光谱仪[9]在国防安全方面，超连续谱的应用也非常广泛，其优良的特性在红外检测、夜视设备以及红外反导导弹等尖端技术领域都具有广大的应用前景。目前，导弹系统探测器的波长已经可以从3μm延伸到5μm，它们集报警、跟踪、制导和扰乱等多种功能于一体。此外，红外光谱遥感以及红外对抗等技术的成功应用，使得它们成为国防安全的一大重要组成部分，被各国予以重视。图1-2时域OCT实验装置[11]在生物医学方面，高亮度的超连续谱光源已经对荧光显微镜和生物医学成像技术等领域产生了巨大的影响，如光学相干断层扫描(OCT)和相干反斯托克斯拉曼散射等技术的研究应用。Labruyère等人在他们的研究中报道了紧凑型白光超连续谱激光光源的最新发展。这些光源大多使用亚纳秒级的微芯片激光器和光子晶
湘潭大学硕士学位论文3体光纤，导致光谱在紫外、可见光和红外区域得到展宽。文章同时还介绍了这种超连续谱光源在生物医学领域的适用性，它们无论是在规模、坚韧性、稳定性还是在成本方面都有着显著的优势，这些优点使其在流式细胞术、CARS显微镜和光学相干断层扫描技术等方面拥有极其重要的应用价值和发展前景。光学相干断层扫描是一种具有微米分辨率的横截面成像技术。理论轴向的分辨率由光源的中心波长和带宽所决定：带宽越宽，轴向分辨率就越高，OCT成像的特性则取决于所使用的光波长度。使用生物医学成像的超连续谱可以研究超高分辨率OCT对波长的依赖性：Nishizawa等人基于超短脉冲和非线性光纤，分别在中心波长λ=0.8,1.1,1.3和1.7μm的条件下产生了宽带、高功率和低噪声的超连续谱，图1-2所示正是他们所使用的实验装置图。在研究的过程中，他们正是通过生物医学成像的超连续谱研究了超高分辨率的OCT对于波长的依赖性。1.3超连续谱的国内外研究现状早在1986年，Corkum等人就从高压的Ar,Kr,Xe,H2或CO2中，利用2ps或70fs、0.6μm、能量小于500μJ的脉冲观察到了从紫外区域跨越到红外区域的超连续谱的产生[12]。在经历了最初利用块状材料以及石英光纤材料产生超连续谱的发展后，人们逐渐将目光转向了非石英光纤。作为超连续谱产生的理想传输介质，通过对非石英光纤的纤芯和包层结构的设计可以得到较强的非线性效应和合适的色散特性。2004年，Karen等人报道了在高非线性光子晶体光纤中超连续谱的产生，他们所使用的光纤具有两个相邻分布的零色散波长。在研究的过程中，超连续谱是通过自相位调制效应和相位匹配的四波混频效应共同作用而产生的，而不像光子晶体光纤的初始阶段那样会发生孤子裂变的现象[13]。图1-3超连续谱光源
【参考文献】：
期刊论文
[1]Experimental and numerical investigation of mid-infrared laser in Pr3+-doped chalcogenide fiber[J]. 陈华,夏克伦,刘自军,王训四,章向华,许银生,戴世勋. Chinese Physics B. 2019(02)
[2]基于氟碲酸盐光纤的高功率中红外超连续光源(特邀)[J]. 贾志旭,姚传飞,李真睿,贾世杰,赵志鹏,秦伟平,秦冠仕. 红外与激光工程. 2018(08)
[3]软玻璃光纤中红外超连续谱研究进展[J]. 黎宇,廖梅松,薛天锋,贝家芳,胡丽丽,张龙. 激光与光电子学进展. 2018(08)
[4]Chalcogenide photonic crystal fiber for ultraflat mid-infrared supercontinuum generation[J]. Sandeep Vyas,Takasumi Tanabe,Manish Tiwari,Ghanshyam Singh. Chinese Optics Letters. 2016(12)
[5]3～5μm宽带超低色散平坦硫系光子晶体光纤[J]. 曹凤珍,张培晴,戴世勋,王训四,徐铁峰,聂秋华. 光子学报. 2014(06)
本文编号：3300433
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
傅里叶光谱仪[9]
第1章绪论2图1-1傅里叶光谱仪[9]在国防安全方面，超连续谱的应用也非常广泛，其优良的特性在红外检测、夜视设备以及红外反导导弹等尖端技术领域都具有广大的应用前景。目前，导弹系统探测器的波长已经可以从3μm延伸到5μm，它们集报警、跟踪、制导和扰乱等多种功能于一体。此外，红外光谱遥感以及红外对抗等技术的成功应用，使得它们成为国防安全的一大重要组成部分，被各国予以重视。图1-2时域OCT实验装置[11]在生物医学方面，高亮度的超连续谱光源已经对荧光显微镜和生物医学成像技术等领域产生了巨大的影响，如光学相干断层扫描(OCT)和相干反斯托克斯拉曼散射等技术的研究应用。Labruyère等人在他们的研究中报道了紧凑型白光超连续谱激光光源的最新发展。这些光源大多使用亚纳秒级的微芯片激光器和光子晶
湘潭大学硕士学位论文3体光纤，导致光谱在紫外、可见光和红外区域得到展宽。文章同时还介绍了这种超连续谱光源在生物医学领域的适用性，它们无论是在规模、坚韧性、稳定性还是在成本方面都有着显著的优势，这些优点使其在流式细胞术、CARS显微镜和光学相干断层扫描技术等方面拥有极其重要的应用价值和发展前景。光学相干断层扫描是一种具有微米分辨率的横截面成像技术。理论轴向的分辨率由光源的中心波长和带宽所决定：带宽越宽，轴向分辨率就越高，OCT成像的特性则取决于所使用的光波长度。使用生物医学成像的超连续谱可以研究超高分辨率OCT对波长的依赖性：Nishizawa等人基于超短脉冲和非线性光纤，分别在中心波长λ=0.8,1.1,1.3和1.7μm的条件下产生了宽带、高功率和低噪声的超连续谱，图1-2所示正是他们所使用的实验装置图。在研究的过程中，他们正是通过生物医学成像的超连续谱研究了超高分辨率的OCT对于波长的依赖性。1.3超连续谱的国内外研究现状早在1986年，Corkum等人就从高压的Ar,Kr,Xe,H2或CO2中，利用2ps或70fs、0.6μm、能量小于500μJ的脉冲观察到了从紫外区域跨越到红外区域的超连续谱的产生[12]。在经历了最初利用块状材料以及石英光纤材料产生超连续谱的发展后，人们逐渐将目光转向了非石英光纤。作为超连续谱产生的理想传输介质，通过对非石英光纤的纤芯和包层结构的设计可以得到较强的非线性效应和合适的色散特性。2004年，Karen等人报道了在高非线性光子晶体光纤中超连续谱的产生，他们所使用的光纤具有两个相邻分布的零色散波长。在研究的过程中，超连续谱是通过自相位调制效应和相位匹配的四波混频效应共同作用而产生的，而不像光子晶体光纤的初始阶段那样会发生孤子裂变的现象[13]。图1-3超连续谱光源
【参考文献】：
期刊论文
[1]Experimental and numerical investigation of mid-infrared laser in Pr3+-doped chalcogenide fiber[J]. 陈华,夏克伦,刘自军,王训四,章向华,许银生,戴世勋. Chinese Physics B. 2019(02)
[2]基于氟碲酸盐光纤的高功率中红外超连续光源(特邀)[J]. 贾志旭,姚传飞,李真睿,贾世杰,赵志鹏,秦伟平,秦冠仕. 红外与激光工程. 2018(08)
[3]软玻璃光纤中红外超连续谱研究进展[J]. 黎宇,廖梅松,薛天锋,贝家芳,胡丽丽,张龙. 激光与光电子学进展. 2018(08)
[4]Chalcogenide photonic crystal fiber for ultraflat mid-infrared supercontinuum generation[J]. Sandeep Vyas,Takasumi Tanabe,Manish Tiwari,Ghanshyam Singh. Chinese Optics Letters. 2016(12)
[5]3～5μm宽带超低色散平坦硫系光子晶体光纤[J]. 曹凤珍,张培晴,戴世勋,王训四,徐铁峰,聂秋华. 光子学报. 2014(06)
本文编号：3300433
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3300433.html
最近更新
教材专著
