PDF《Scattering Microscopy》

0 T T = 70.17fs 2ln(1+ 2) = .孤子周期为:

2 0

0 2

2 | | T z π β = (6) 模拟结果如下:图2为峰值功率 500W (N=3.67),传输距离z0/2 (35cm),色散、自相位 调整、自变陡、脉冲内拉曼散射效应都考虑在内(a)与仅考虑色散(包括高阶色散)和自相 位调整效应(b)产生的超连续谱.由比较可见b图产生的频谱在强度上中心波长两侧不再左右 相当,而是中心波长右侧幅值远大于左侧.此外频谱红移.这正是自变陡和拉曼散射效应造 成的.图3是在包含自变陡、脉冲内拉曼散射情况下,N分别为 2.6,3.67,5.8 对应峰值功 率200W (a)、500W (b)、1000W (c)、4000W (d)在距离z0/2 处的输出频谱.在输入功率较低 的情况下,蓝移非孤子发射峰(NSR)[9] 消失,且功率越大,NSR峰的波长越小,而频谱越红 移,频谱展宽越大.图4给出了峰值功率为 1000W的脉冲在不同传输距离:z0/2 (a)、 3z0/4 (b)、 z0 (c)、 3z0/2 (d) 处的输出频谱,NSR峰的位置随传输距离的不同是不变的,但随距 离增加频谱右侧不断红移.这可以用脉冲内拉曼散射导致的孤子自频移效应解释.[10] 因为 飞秒入射激光脉冲的频谱比较宽, 使得脉冲的蓝移谱分量可作为泵浦, 通过拉曼增益有效的 放大脉冲的红移分量. 此过程在光纤中连续进行, 致使能量不断地从蓝移分量转移到红移分 量,随着距离的增加,这种能量转移表现为孤子频谱的红移.由以上分析可见增大入射脉冲 的功率,选择较好的非线性材料以及合适的传输距离会产生较好的超连续频谱. (a) (b) 图2考虑自变陡和拉曼散射效应(a)与不考虑这两种非线性效应(b)时http://www.paper.edu.cn 产生的超连续频谱 Fig2 (a)output spectra with the influence of self-phase modulation,self steepening and Raman scattering effects;

(b). output spectra with the influence of self-phase modulation (SPM) only

700 800

900 5

10 15 x

10 4

700 800

900 0.5

1 1.5

2 x

10 5

700 800

900 1

2 3 x

10 5

600 700

800 900

1000 2

6 8

12 x

10 5 wavelength/nm 相对强度Iw (a) (b) (c) (d) 图3不同峰值功率的飞秒激光脉冲产生的超连续频谱比较 Fig3 Output spectra dependence of input power

800 900

1 2

3 x

10 5

700 800

900 2

4 x

10 5

800 900

2 4 x

10 5

600 700

800 900

1000 2

4 x

10 5 wavelength/nm 相对强度 Iw (a) (b) (c) (d) 图4不同传输距离产生的超连续频谱比较 Fig4 Output spectra dependence of propagating distance. 3.3 零色散波长附近超连续谱产生(高阶色散作用) 其次讨论二阶色散常数很小时超连续谱产生的情况.入射激光脉冲参数同上,PCF参数 为a=1.1um, r=0.7um, Λ=1.8um零色散波长为 0.800um,γ为0.062W -1 m -1 ,由上面光纤色散的 计算中得此PCF在800.9nm输入中心波长处的各阶色散常数:β2= -0.556*10-6 fs2 /nm, β3= 6.29*10-5 fs3 /nm,β4= -5.38*10-5 fs4 /nm,β5= 7.04*10-5 fs5 /nm,β6= -2.70*10-4 fs6 /nm.在这种情况下 β2值非常小,引入色散长度LD和非线性长度LNL.

2 0

2 | | D T L β =

0 1 NL L P γ = (7) 当LD = 9.568 m,P0 =

1000 W时,LNL = 0.016155 m ,L ,自相位调整起主要的作用, D NL L http://www.paper.edu.cn 这时高阶色散具有很大影响作用. 图5(a)(b)分别为中心波长 800.9nm、脉宽

123 fs、峰值功率 1000W 的脉冲,在零色 散波长分别为 0.751um、0.8um 的两种 PCF 中,经过相同传输距离

35 cm 后输出的频谱.(c) (d)分别为峰值功率 4000W 的脉冲,在零色散波长 0.751um、0.8um 的两种光纤中,经过相 同传输距离 52.5 cm 后输出的频谱比较.输入脉冲中心波长越接近零色散波长其频谱出现的 峰越多. 可见考虑高阶色散情况下产生频谱展宽比仅有二阶色散情况下产生频谱展宽需要较 的功率小;