基于掺镱光纤宽带光源泵浦产生的超连续谱研究

The broadband supercontinuum (SC) based on the nonlinear optical effect in fiber has become a hot research field of nonlinear fiber optics and laser spectroscopy. In this research project, by the effective combination of high power low-coherent Yb-doped fiber broadband source and nonlinear optical effect in fiber under cw-pump, we will study a new technology and theory of producing high quality SC in a nonlinear photonic crystal fiber pumped by random phase low-coherent light source. Based on the generalized nonlinear schrodinger equation which described the transmission of light in fiber, and use the phenomenological method considering the temporal coherence and random phase characteristic of incident pump light, we will research the influence of the Modulation Instability under the random phase low-coherent pump light, Raman soliton and other nonlinear optical effects on the characteristics of SC by numerical simulation. We will also study the low noise and high gain double cladding Yb-doped fiber amplifier, which is needed for obtaining the high power low-coherent pump light. Finally, the effect of temporal coherence, polarization stability etc. factors of the pump with different SC cavity on the SC characteristics such as spectral flatness smoothness, spectral broadening, the relative intensity noise and pump conversion efficiency will be researched experimentally. It is expected that a novel, feasible ideas and solutions of producing a high quality of all fiber SC will be provided.

以光纤中非线性效应为载体的宽带超连续谱(SC)已成为非线性光纤光学和激光光谱学中热门的研究领域之一，通过该项目研究将掺镱光纤中产生的高功率低相干宽带光源和连续波泵浦下光纤中的非线性效应有效结合，探讨利用随机相位低相干光源泵浦非线性光子晶体光纤来产生高质量宽带超连续谱的新技术和理论；以光纤中光传输的广义非线性薛定谔方程为基础，运用唯象方法考虑入射泵浦光的时间相干性和随机相位特性，研究随机相位低相干光泵浦下调制不稳定性、拉曼孤子等非线性光学效应对SC 谱特性影响的物理机理，进行计算机数值模拟；研究获得高功率低相干泵浦光源所需的低噪声、高增益双包层掺镱光纤放大器，从实验上研究不同的SC 腔下泵浦光时间相干性、偏振稳定性等因素对产生超连续谱光源的光谱平坦光滑性、光谱展宽、相对强度噪声和转换效率等特性的影响，为新型高质量全光纤超连续谱产生技术提供新颖可行的思路和方案。

连续波激光泵浦的超连续谱技术是高质量实用化超连续谱研究中的重要进展，迅速成为了当前全光纤集成、实用化的超连续谱的一个热点方案。本项目提出采用高功率低相干掺镱光纤宽带光源泵浦产生高质量超连续谱的新方案，构建以低功率稳定的低相干掺镱光纤宽带光源种子源，低噪声、高增益的双包层掺镱光纤放大器组成的高功率低相干泵浦源。在此基础上，构建高非线性光子晶体光纤（HNL-PCF）的第二级超连续谱产生系统，实现随机相位低相干光泵浦非线性光子晶体光纤产生的超连续谱，从而有效解决超连续谱产生依赖于相对复杂和昂贵的泵浦源技术，以及在光谱的平滑性、噪声特性和高输出功率等重要问题。.本项目从理论和实验两方面就基于随机相位低相干光泵浦光子晶体光纤产生超连续谱进行详细研究。重点研究泵浦光的时间相干性和随机相位特性对产生的超连续谱的光谱平坦光滑性、光谱展宽、噪声和泵浦效率等特性的影响以及研究低相干光泵浦非线性光子晶体光纤产生高质量超连续谱中调制不稳定性、自拉曼作用、孤子效应和拉曼斯托克斯等非线性光学效应所起的作用和相互影响的微观物理机制。通过该项目研究，从理论上基本明确随机相位低相干光泵浦非线性光子晶体光纤产生的超连续谱在光谱平坦光滑性、光谱展宽、噪声以及泵浦效率等方面的重要特性，从而设计具有高非线性的超宽带色散平坦光子晶体光纤。实验上，设计和研究高功率掺镱光纤宽带光源中种子源的结构和双包层低噪声放大器的设计，基此研究不同带宽（不同时间相干性）掺镱光纤宽带光源泵浦产生的超连续谱的光谱平坦光滑性、光谱展宽、相对强度噪声以及泵浦转换效率，实现了由十瓦功率的掺镱光纤宽带光源泵浦获得的展宽超连续谱。