反常色散平坦光纖產(chǎn)生平坦寬帶超連續(xù)譜的數(shù)值研究

使用鈦寶石飛秒激光器抽運(yùn)一根長30cm的光子晶體光纖,產(chǎn)生了從可見到近紅外區(qū)的超連續(xù)譜,波長范圍為465~2500nm,光譜展寬范圍達(dá)到了2000nm以上,同時研究了超連續(xù)譜產(chǎn)生的機(jī)制.

利用中心波長1064nm的納秒激光脈沖入射到普通單模光纖中,獲得了從700nm到超過1750nm的超連續(xù)譜輸出。在正常色散區(qū)抽運(yùn)下,光譜首先出現(xiàn)多級拉曼斯托克斯線,隨著抽運(yùn)功率或光纖長度的增加,斯托克斯能量將進(jìn)入光纖反常色散區(qū),形成光孤子,隨后與孤子相關(guān)的非線性效應(yīng)將使光譜進(jìn)一步展寬。實驗結(jié)果表明,當(dāng)單模光纖長度為28m時,產(chǎn)生的光譜在1260~1750nm范圍內(nèi),有較好的光譜平坦度(小于3.8db)、較強(qiáng)的光譜光功率密度(平均約為0.4mw/nm)并且單模輸出。

介紹該課題組近兩年在光子晶體光纖超連續(xù)譜方面的主要研究成果,包括基于連續(xù)波泵浦研制全光纖化超連續(xù)譜源,利用級聯(lián)一段高非線性正常色散光纖,通過光纖的受激拉曼散射效應(yīng)實現(xiàn)超連續(xù)譜的平坦化;基于皮秒鎖模光纖激光器實現(xiàn)全光纖化5w輸出超連續(xù)譜源;拉制一段145m的錐形光子晶體光纖,利用自制的納秒光纖激光器與錐形光子晶體光纖熔接,制備輸出功率2.2w的寬帶超連續(xù)譜源;利用自制的網(wǎng)狀光子晶體光纖和全固態(tài)光子帶隙光纖,分別研究亞微米薄壁上偏振相關(guān)的超連續(xù)譜產(chǎn)生,以及基于四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生的超連續(xù)譜.

超連續(xù)譜光源在很多領(lǐng)域具有廣泛而重要的應(yīng)用,過去40多年一直是國際研究熱點之一。但一方面由于普通雙包層光纖與光子晶體光纖模場不匹配會導(dǎo)致較高的熔接損耗和耦合損耗;另一方面受高質(zhì)量超快光纖脈沖激光器輸出平均功率的限制,目前超連續(xù)譜光源的最高輸出平均功率只有50w。報道了一種全光纖結(jié)構(gòu)的超連續(xù)譜光源,輸出平均功率為70w。由于整個裝置采用一種新的超連續(xù)譜形成機(jī)制,較好解決了普通雙包層光纖與光子晶體光纖由于模場不匹配導(dǎo)致的較高熔接損耗和耦合損耗;降低了對脈沖泵浦源光譜質(zhì)量的要求。

為了實現(xiàn)高平坦的c+l波段放大的自發(fā)輻射光(ase)光輸出,提出并設(shè)計了一種基于ld單泵浦源,并且采用兩段摻雜濃度完全相同的摻er3+光纖(edf)作為增益介質(zhì)的寬帶光源。對光源的基本原理及實現(xiàn)方案進(jìn)行了理論分析和實驗驗證。首先,根據(jù)er3+能級結(jié)構(gòu)介紹c+l波段寬帶光源的產(chǎn)生原理。然后,設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu),在結(jié)構(gòu)中采用976nmld作泵浦源,通過耦合器將泵浦光按照一定比例分為兩路對edf泵浦;采用兩支波分復(fù)用器(wdm)將泵浦光耦合進(jìn)入edf,并通過熔接環(huán)形鏡(flm)提高轉(zhuǎn)換效率;輸出端熔接隔離器(iso)防止端面回波對輸出造成影響。最后,根據(jù)edf的ase增益數(shù)學(xué)模型對edf長度進(jìn)行了分析和優(yōu)化。實驗結(jié)果表明,用于調(diào)整c波段ase光輸出的edf1長選用2m,用于調(diào)整l波段ase光輸出edf2長選為16m,獲得平坦c+l波段ase光輸出,在不使用任何濾波器的條件下,在1540~1610nm波段范圍內(nèi)光譜平坦度為±0.525db,在1520~1610nm范圍內(nèi)光譜平坦度為±1.119db。本文方法使用1支976nmld實現(xiàn)了c+l波段的高平坦輸出,簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并降低了系統(tǒng)成本。

為了實現(xiàn)高平坦的c＋l波段放大的自發(fā)輻射光（ase）光輸出，提出并設(shè)計了一種基于ld單泵浦源，并且采用兩段摻雜濃度完全相同的摻er^3＋光纖（edf）作為增益介質(zhì)的寬帶光源。對光源的基本原理及實現(xiàn)方案進(jìn)行了理論分析和實驗驗證。首先，根據(jù)er^3＋能級結(jié)構(gòu)介紹c＋l波段寬帶光源的產(chǎn)生原理。然后，設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中采用976nmld作泵浦源，通過耦合器將泵浦光按照一定比例分為兩路對edf泵浦；采用兩支波分復(fù)用器（wdm）將泵浦光耦合進(jìn)入edf，并通過熔接環(huán)形鏡（flm）提高轉(zhuǎn)換效率；輸出端熔接隔離器（iso）防止端面回波對輸出造成影響。最后，根據(jù)edf的ase增益數(shù)學(xué)模型對edf長度進(jìn)行了分析和優(yōu)化。實驗結(jié)果表明，用于調(diào)整c波段ase光輸出的edf1長選用2m，用于調(diào)整l波段ase光輸出edf2長選為16m，獲得平坦c＋l波段ase光輸出，在不使用任何濾波器的條件下，在1540～1610nm波段范圍內(nèi)光譜平坦度為±0．525db，在1520～1610nm范圍內(nèi)光譜平坦度為±1．119db。本文方法使用1支976nmld實現(xiàn)了c＋l波段的高平坦輸出，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并降低了系統(tǒng)成本。

多芯光子晶體光纖便于與抽運(yùn)激光器的大模場直徑輸出尾纖進(jìn)行低損耗的熔接,能夠把高功率的抽運(yùn)激光耦合進(jìn)光子晶體光纖中。同時,多芯光子晶體光纖的光場分布直徑比單芯光子晶體光纖大,盡管激發(fā)非線性效應(yīng)所需的激光抽運(yùn)功率會有所提升,但是其激光損傷閾值也隨之提升,即能夠承受更高功率的抽運(yùn)激光。因而,多芯光子晶體光纖非常適合用于構(gòu)建全光纖化的高功率超連續(xù)譜光源系統(tǒng)。最近,國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)采用高功率皮秒光纖激光抽運(yùn)由光纖光纜制備技術(shù)國家重點實驗室拉制

利用自主研發(fā)的全光纖被動鎖模激光器以及高功率光纖模場匹配器,將145w的皮秒脈沖耦合進(jìn)國產(chǎn)光子晶體光纖,實現(xiàn)了67.9w的高功率全光纖結(jié)構(gòu)白光超連續(xù)譜輸出,光譜范圍為500~1700nm,10db光譜寬度大于1000nm(泵浦波長除外)。整個激光器系統(tǒng)的光-光(半導(dǎo)體泵浦源輸出激光-超連續(xù)譜輸出激光)轉(zhuǎn)化效率達(dá)到33.8%。

分析基于單芯光子晶體光纖的超連續(xù)譜光源在提升平均輸出功率時所面臨的問題,指出采用多芯光子晶體光纖作為超連續(xù)譜產(chǎn)生介質(zhì)是一種實現(xiàn)高功率超連續(xù)譜產(chǎn)生的潛在方案。使用自制皮秒光纖激光器泵浦一段國產(chǎn)多芯光子晶體光纖,實現(xiàn)了光譜范圍750～1700nm,平均功率42.3w的全光纖化高功率超連續(xù)譜輸出。

超連續(xù)譜光源在眾多科學(xué)領(lǐng)域具有廣泛而重要的應(yīng)用,近年來一直是國際研究熱點.回顧了利用連續(xù)光激光器和脈沖光激光器抽運(yùn)光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)譜光源的形成機(jī)制以及近幾年來兩種機(jī)制下高功率超連續(xù)譜光源所取得的進(jìn)展,分析了在提高超連續(xù)譜光源輸出平均功率過程中需要克服的難題.報道了國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)通過優(yōu)化超連續(xù)譜光源的整體結(jié)構(gòu),攻克了低損耗熔接、光纖端面抗損傷、熱處理以及非線性效應(yīng)的有效控制等關(guān)鍵技術(shù),成功研制出一種全光纖結(jié)構(gòu)、輸出平均功率為177.6w的超連續(xù)譜光源,光譜范圍覆蓋1064-2000nm,10db光譜帶寬約740nm,光-光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)56%,功率水平為國際領(lǐng)先.

光纖色散 在光纖中傳輸?shù)墓庑盘枺}沖）的不同頻率成份或不同的模式分量以不同的速度傳播，到達(dá)一定距離后必 然產(chǎn)生信號失真（脈沖展寬），這種現(xiàn)象稱為光纖的色散或彌散。 光纖中傳輸?shù)墓庑盘柧哂幸欢ǖ念l譜寬度，也就是說光信號具有許多不同的頻率成分。同時，在多模光纖 中，光信號還可能由若干個模式疊加而成，也就是說上述每一個頻率成份還可能由若干個模式分量來構(gòu)成。 光纖的色散主要有材料色散、波導(dǎo)色散、偏振模色散和模間色散四種。其中，模間色散是多模光纖所特有 的。 這四種色散作用還相互影響，由于材料折射率n是波長λ（或頻率w）的非線性函數(shù)，d2n/d2λ≠0，于是不 同頻率的光波傳輸?shù)娜核俣炔煌?，所?dǎo)致的色散成為材料色散。 由于導(dǎo)引模的傳播常數(shù)β是波長λ(或頻率w)的非線性函數(shù)，使得該導(dǎo)引模的群速度隨著光波長的變化而變 化，所產(chǎn)生的色散成為波導(dǎo)色散（或結(jié)構(gòu)色散）。 偏振模色散指光纖中偏振色

提出了方形不變的空氣孔多孔光纖,并借助于二維時域有限差分法計算了孔間距取1.9μm,孔直徑分別為0.9μm、1.0μm、1.1μm,以及孔直徑取1.1μm,孔間距分別為1.9μm、2.0μm、2.1μm的五層方形不變的空氣孔多孔光纖的基模色散曲線,并對它們的色散特性進(jìn)行了比較.結(jié)果表明:這種不變多孔光纖的色散依賴于孔直徑和孔間隔的比值.當(dāng)它們的比值小于等于0.5時,光纖的色散曲線在1200nm~1800nm的波長范圍內(nèi)保持平坦且具有更低的色散量.

利用有限差分法研究了一種混合纖芯光子晶體光纖的色散特性.在光纖端面的外圍區(qū)域,由空氣孔在石英材料中均布排列形成包層,在中心則由圓形高折射率材料與布居其近鄰的數(shù)個輔助小空氣孔共同構(gòu)成纖芯.輔助空氣小孔使光纖的色散陡增,比普通光纖色散參數(shù)高兩個數(shù)量級以上.詳細(xì)的數(shù)值研究表明,纖芯周圍的一圈輔助空氣小孔數(shù)目越多、越靠近圓形高折射率材料則色散參數(shù)就越大.當(dāng)輔助小孔距離纖芯非常近時,模場面積大幅度增大,此時不僅能獲得超大色散,而且能夠使光子晶體光纖具有非常小的非線性效應(yīng).改變包層空氣孔的大小對色散參數(shù)影響不明顯.

單模光纖與多模光纖的色散2007-10-1808:20在對光纖進(jìn)行分類時，嚴(yán)格地來講應(yīng)該從構(gòu)成 光纖的材料成分、光纖的制造方 法、光纖的傳輸點模數(shù)、光纖橫截面上的折射率分布和工作波長等方面來分類。 現(xiàn)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最常采用的分類方法是根據(jù)傳輸點模數(shù)的不同進(jìn)行分類。根 據(jù)傳輸點模數(shù)的不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。所謂"模"是指以一定 角速度進(jìn)入光纖的一束光。單模光纖采用固體激光器做光源，多模光纖則采用 發(fā)光二極管做光源。多模光纖允許多束光在光纖中同時傳播，從而形成模分散 (因為每一個“?！惫膺M(jìn)入光纖的角度不同它們到達(dá)另一端點的時間也不同， 這種特征稱為模分散。)，模分散技術(shù)限制了多模光纖的帶寬和距離，因此， 多模光纖的芯線粗，傳輸速度低、距離短，整體的傳輸性能差，但其成本比較 低，一般用于建筑物內(nèi)或地理位置相鄰的環(huán)境下。單模光纖只能允許一束光傳 播，所以單模光纖沒有模分散

色散位移單模光纖光纜的特性

一、前言隨著密集波分復(fù)用(dwdm)技術(shù)、摻鉺光纖放大器(edfa)技術(shù)和光時分復(fù)用(otdm)技術(shù)的發(fā)展和成熟,光纖通信技術(shù)正向著超高速、大容量通信系統(tǒng)發(fā)展,并且逐步向全光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。采用光時分復(fù)用(otdm)和波分復(fù)用(wdm)相結(jié)合的試驗系統(tǒng),容量可達(dá)3tb/s或更高;時分復(fù)用(tdm)的10gb/s系統(tǒng)和wdm的4×10gb/s系

非零色散位移單模光纖光纜的研究和開發(fā)

在考慮了增益介質(zhì)的色散、非線性效應(yīng)、增益以及損耗后,推導(dǎo)出超短光脈沖在分布式光纖放大器中的基本傳輸方程,采用分步傅里葉變換法數(shù)值模擬了皮秒光脈沖的放大傳輸狀態(tài),重點分析了群速度色散和三階色散對光脈沖特性的影響。

在不同的參數(shù)條件下,用中心差分法數(shù)值計算了多模光纖的波動方程,得到lp模場分布函數(shù),再通過數(shù)值計算迭加積分得到激光器激發(fā)出的模功率分布,進(jìn)而得到多模光纖的功率轉(zhuǎn)移函數(shù).基于線性前饋均衡和判決反饋均衡對模間色散的電域補(bǔ)償進(jìn)行了仿真研究.結(jié)果表明,采用判決反饋均衡能使10gbit/s速率的信號在已敷設(shè)的多模光纖上傳輸300m,色散導(dǎo)致的功率劣化小于4db.

光纖的分類及比較(包括各種單模光纖的色散及衰減特性)

光纖的分類及比較(包括各種單模光纖的色散及衰減特性)知識講解

雙芯準(zhǔn)晶格光子晶體光纖的色散特性 胥長微 （黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院20115414） 摘要：設(shè)計了一種折射率引導(dǎo)型雙芯準(zhǔn)晶格光子晶體光纖。該光纖內(nèi)、外纖芯中光波的耦合 效應(yīng)，可在相位匹配波長附近產(chǎn)生相當(dāng)高的負(fù)色數(shù)值。通過分析內(nèi)包層孔徑、纖芯孔徑、外 包層孔徑d,孔間距a，最終設(shè)計出一種能在1550nm低損耗窗口性能優(yōu)越的色散補(bǔ)償光纖。 此種光線適合在長距離高速光纖通信，系統(tǒng)中為常規(guī)單模光纖提供色散補(bǔ)償。 關(guān)鍵詞：光纖光學(xué)；光子晶體光纖；雙芯；色散補(bǔ)償 1引言 近年來,光子晶體光纖由于其獨(dú)特的特性們的廣泛關(guān)注,并成為國際學(xué)術(shù)界 研究的熱點領(lǐng)域.由于靈活的結(jié)構(gòu)使得它具有許多傳統(tǒng)光纖不具備的特點,比 如高非線性,高雙折和偏振保持,奇異色散特性,表面增強(qiáng)拉曼效應(yīng)等.雙芯光 纖是學(xué)系統(tǒng)中常用的耦合器件,然而傳統(tǒng)雙芯光纖在制作上比繁瑣,光子晶體 光