光纤中光群速度调控及其对非线性效应增强的研究

Controlling the group velocity of light, ie, fast/slow light effects, does not only manipulate the light speed, but also controls the group refractive index and the propagation phase. Thus, it is provide a new way to realize the phase-matching in the optical nonlinear effects. This is the base for the applications of fast/slow light effects. This project is to utilize different mechanism of fast/slow light effects, and to manipulate the propagation phase and dispersion under various light group velocities and their limitation factors under SBS, SRS or in the fiber gratings. The key issues are to realize the backward Cherenkov radiation, negative-frequency resonant radiation, nonlinear effects in photonic gaps under phase-matching with controlling the group velocity. These two nonlinear processes always need the extreme experimental conditions for phasing matching. Controlling the group velocity of light provide a new method for the physical base and technology. We believe that this project may be found the applications on the generation of nonlinear effects, all-optical signal processing, and the change of laser frequency.

光群速度调控，即快慢光效应，不仅仅调控光速，更重要的是能对折射率及光传输位相进行有效调控，因此可为光学非线性效应及其位相匹配提供一种全新调控手段，这也为快慢光开拓新应用提供了基础。本项目提出利用不同机制的快慢光效应，特别是利用光纤宽带受激布里渊散射或拉曼散射及光纤光栅中的快慢光效应，研究光速调控对光的传输位相和色散的调控及其限制因素。重点对光纤中四波混频、共振辐射及禁带非线性效应等现象的实现开展前瞻性研究，探索高效率任意波长宽带波长转换的新方法和新技术。重点探索光纤中快慢光调控位相匹配的反向切伦科夫辐射和负频共振辐射的产生新方法，这两类现象需要实现宽带的位相匹配，一般非线性相移难以满足位相匹配条件，因此提出通过群折射率调控实现宽带位相匹配的苛刻条件，实现这两类非线性辐射现象的高效率产生。本项目研究在非线性光学，全光信号处理及激光频率变换等领域中具有重要的应用前景和物理意义。

光的群速度调控，即光传输中的快慢光效应，不仅能调控光速，更是对折射率及光传输位相的调控，这为光学非线性效应的增强及其位相匹配的实现提供一种全新调控手段。在本项目实施中，利用不同机制的快慢光效应研究光速调控对光的传输位相和色散效应及其实现条件。对光纤中四波混频和共振辐射等典型非线性现象增强及位相匹配调控开展了深入研究，为高效率宽带波长转换提供了新方法和新途径。其中重点探索光纤中快慢光调控位相匹配的切伦科夫辐射和四波混频共振产生方法，这两类现象需要实现宽带的位相匹配，一般难以满足位相匹配条件，因此，我们提出通过群折射率调控实现宽带位相匹配的苛刻条件，实现这两类非线性辐射现象的高效率产生。.项目研究主要聚焦于超短脉冲在光纤中的非线性效应，因此，利用在超快激光脉冲的位相和时间单发测量的技术优势，开发了色散时域干涉仪。这套超短脉冲的超快时间测量装置，色散时域干涉仪实现从阿秒到皮秒时间和位相单发测量，分辨率达到20阿秒以下，并可实现多路光程的传输时间及位相的单发测量及精确调控，为超快脉冲的非线性效应中位相测量及位相匹配的实现提供了一种可靠实时测量手段，并首次测量到孤子自频移过程中的脉冲位相和弛豫过程脉冲演化过程，观察到脉冲合成演化过程中分叉和逆分叉现象，并证实了其相变机制。利用这装置首次观察到超快激光器中的呼吸子亚谐波析出现象，并证实了激光产生的非线性非厄米机制，这对提高激光脉冲稳定性具有重要意义。.利用其对位相和时间的精确测定和反馈控制，大幅度提高超短脉冲非线性产生的波长范围，并具有良好的位相和啁啾特性，其中，对达到多路孤子自频移脉冲的时间误差在亚飞秒级，波长产生范围可达到1000nm以上，多路合成可实现全光纤飞秒激光器少周期脉冲产生，使飞秒光纤激光器向着波长范围更宽、脉宽更窄、脉冲功率更高方向发展。本项目研究在非线性光学，全光信号处理、激光频率变换和少周期脉冲产生等领域中具有重要的应用前景和科学意义。