整形脉冲对光纤中色散波产生的优化与调控研究

Dispersive wave (DW) in optical fibers offers an important tool for nonlinear frequency conversion. Recently, it has attracted rising attention in both scientific and industrial areas due to its key contribution to the super-continuum generation and its feasibility to develop new ultrafast lasers. The optimization and the control of the DW mainly depend on the development of novel optical materials and structures, but one has to focus on the associated bump beams in order to maximize the performance of the existed fibers. In this proposal, the DW will be studied by employing shaped pulses as the bump with the help of our previous work. Initiated by analyzing the mechanism of this nonlinear frequency conversion, proper shaped bump pulses are then used to optimize the DW generation, realize the synchronization of its generation and pulse shaping, and increase the bandwidth of the generated super-continuum spectrum by improving the nonlinear interaction between the DW and Raman soliton, respectively. Via this study, we expect to pave a way that is different from current efforts (i.e., developing new materials or structures) to optimize and control DW generation, and to realize high-performance ultra-short laser sources and high-quality super-continuum spectra to meet the relevant applications. Furthermore, as a result of that the DW is universal in nature and that our method does not depend on the specified transmission environment, we expect that the study in this proposal may be useful in other areas of physics.

光纤中的色散波机制是非线性频率转换的一种重要方式，因其在超连续谱产生中发挥的关键作用以及在开发新的超快激光器方面的可行性，近来受到科学界和工业界的广泛关注。目前对色散波的优化与调控主要依靠开发新的材料和设计新的光学结构，然而怎样最大限度地发挥已有光纤的性能，则需要从泵浦脉冲上来考虑。本项目从整形的泵浦脉冲入手来研究色散波的产生，在前期的工作基础上，将以分析它的非线性频率转换机制为出发点，寻找合适的整形脉冲来优化它的激发过程、实现它的产生与整形的同步化以及优化它与拉曼孤子的相互作用进而提高超连续谱的带宽，力争发展一条平行于利用开发新材料和新结构来研究光纤中色散波的路径，以期实现高性能的超短脉冲激光源和高质量的超连续谱，来满足相关应用的需求。另外，由于色散波现象的普遍性，而且我们的技术与方法不依赖于具体的传输环境，因此本项目的开展可能对物理学的其它领域还具有一定的借鉴作用。

光纤中的色散波机制是非线性频率转换的一种重要方式，因其在超连续谱产生中发挥的关键作用以及在开发新的超快激光器方面的可行性，近来受到科学界和工业界的广泛关注。目前对色散波的优化与调控主要依靠开发新的材料和设计新的光学结构，然而怎样最大限度地发挥已有光纤的性能，则需要从泵浦脉冲上来考虑。本项目从整形的泵浦脉冲入手来研究色散波的产生，在前期的工作基础上，寻找合适的整形脉冲来优化色散波的激发过程以及实现色散波在产生时的整形，并设计特殊形貌的泵浦脉冲来调控色散波，力争发展一条平行于利用开发新材料和新结构来研究光纤中色散波的路径。.本项目的研究主要从三个方面开展：整形光场的设计与优化；整形光场的非线性动力学过程；利用整形光场实现对色散波的产生优化与调控。其中前两个方面是基础，紧紧为第三方面的研究提供支撑。项目中主要利用位相来调制光场的波前，探究了自加速光场的设计与调控，并通过其在非线性传输中表现出的新效应与新现象，探索了调控色散波的新方式。该项目取得的重要结果如下：理论上建立了自加速脉冲辐射色散波的模型，实验实现了色散波生成与整形的同步化，利用自加速脉冲实现了对弱色散波的俘获与牵引，并利用正负质量物质相互作用的原理实现了色散波与孤子的共同加速传输；利用光场整形在实验上实现了黎曼波的观测，首次提出并实现了非线性响应函数的可视化；在新型自加速光场的设计方面，实现了自加速光束能量的优化，观测到了微尺度下的瓶子光束，在傍轴条件下实现了大角度弯曲的光场。.本项目不仅实现了色散波在产生时的调控，而且通过整形光场也实现了它们产生后的捕获和牵引，而自加速光场的设计与非线性动力学过程有望为色散波的调控提供新途径。另外，由于色散波现象的普遍性，而且我们的技术与方法不依赖于具体的传输环境，因此本项目的开展可能对物理学的其它领域具有一定的借鉴作用。