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混合型光子晶体光纤理论及超连续实验研究

程同蕾  
【摘要】:本论文详细研究了混合导引型光子晶体光纤的导光原理、传输特征以及光子晶体光纤的非线性超连续实验。在理论方面,利用全矢量有限元法和多极法分析了混合型光子晶体光纤的传输特点;为了产生高功率的超连续光谱,设计了多芯集束型光子晶体光纤,它具有大有效模面积同时又具有和单芯光纤相同的高非线性;在实验方面,利用基频光和倍频光同时泵浦锥高非线性光子晶体光纤获得了超连续光谱,并研究了双波长飞秒激光同时泵浦光子晶体光纤产生超连续的机理;主要内容如下: 第一、混合导引型光子晶体光纤与纤芯折射率相关的导光特性的研究。当纤芯折射率增加时,分析了光在其中的传输特点,发现:当纤芯折射率小于混合包层中空气孔包层的有效折射率时,芯模的导光机制为“双带隙导引型”;当纤芯折射率位于空气孔和高折射率两套包层的有效折射率之间时,芯模的导光机制为“单带隙+全内反射导引型”;当纤芯折射率大于高折射率棒包层的有效折射率时,芯模的导光机制为“全内反射导引型”。 第二、详细研究了两种混合导引型光子晶体光纤,即“全内反射型+带隙型”和“两种带隙型:普通带隙结构+单层填充介质带隙”的导光特性与结构参数的关系。混合型光子晶体光纤由内单层填充高折射率化合物和外包层的空气孔组成,与普通单结构光子晶体光纤不同,两种包层结构对纤芯都有限光作用,拥有两种导光机制。 第三、具有高非线性和大模场面积的光子晶体光纤理论设计。缩小芯径可以增加光子晶体光纤的非线性,同时又要将光聚焦在芯区上,这就使芯区上的功率密度很高,容易导致光纤端面的损坏,所以就要有能承受高功率泵浦的高非线性光子晶体光纤,本文设计的多固体芯和集束型两种光子晶体光纤整体具有大模场面积,局部具有高非线性,解决了上述问题。 第四、高非线性光子晶体光纤的超连续实验研究。将基频光及倍频光的混合光作为光谱待展宽光源,泵浦不同结构的高非线性光子晶体光纤中产生了非线性超连续光谱,并从理论上分析了双波长飞秒激光产生超连续的机理;光子晶体光纤经拉锥后,产生两个零色散点,将基频光和倍频光按不同功率比泵浦锥型光子晶体光纤,得到比较宽的超连续光谱。


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