基于光子晶体光纤的短波长光纤参量振荡器的研究

本项目主要研究基于光子晶体光纤的短波长光纤参量振荡器，可在传统激光器不能发光的波段提供可调的光输出。利用光子晶体光纤灵活的色散特性，可灵活地选择泵浦波长。泵浦源采用拟研制的中心波长位于1064 nm锁模光纤激光器。经过掺镱光纤放大器放大后泵浦光子晶体光纤。首先研究基于光子晶体光纤的参量放大器。研究其增益特性以及影响增益的各种因素。分别使泵浦波长位于正常色散区和反常色散区，研究其对参量增益的影响。研究基于光子晶体光纤的参量振荡器。分析腔内色散管理和泵浦损耗对脉冲演化的影响，建立理论分析模型。研究大波长范围的可调输出，在1微米附近输出波长调节范围预计可达450 nm。研究参量振荡器对脉冲的压缩作用，产生超短光脉冲输出，并且脉冲稳定性好。研究影响参量转化效率的关键因素，进一步提高转化效率。

光子晶体光纤具有非常灵活的色散特性，其零色散波长可以分布在从可见光到近红外的几乎“任意”波长。基于光子晶体光纤的参量放大器可以在几乎”任意“波长提供光增益。因此，基于光子晶体光纤的参量振荡器可在一般激光器不能发光的非传统波段提供可调谐的辐射。本项目主要研究了基于零色散波长在1060 nm附近的光纤参量振荡器。该参量光源在新一代生物医学成像和生物光谱分析领域具有广泛的应用。零色散在1060 nm的光子晶体光纤是项目研究的核心器件。理论设计了适合工艺拉制的光子晶体光纤。依托工业界进行了光纤拉制。拉制出八种尺寸渐变的光子晶体光纤。经实验验证其零色散波长均在1060 nm附近。研制了锁模掺镱光纤激光器，输出脉冲经压缩后脉冲宽度为15.4 ps，脉冲重复率25.4 MHz，波长调谐范围36 nm。采用锁模掺镱光纤激光器做泵浦，自制的光子晶体光纤做增益介质，进行了光纤参量放大器的研究。增益高达52.9 dB, ASE参量增益谱可覆盖927nm~ 1228nm. 当泵浦位于零色散波长附近正常色散区，首次实现了这一波段大波长跨度窄带光放大。系统研究了全光纤的光子晶体光纤参量振荡器，其输出波长调谐范围高达340 nm。研究了多种不同的波长调谐机制。深入研究了影响能量转化效率的关键物理机制。提出了一种高能量转换效率的振荡腔结构，将能量转换效率从之前文献报道的3%提高到了36%。这一成果被Electrocnis Letters予以专题报道。项目共发表学术论文20篇，其中SCI收录论文10篇。培养博士毕业生两名，硕士毕业生一名。其中一名博士生获评”2014年清华大学学术新秀“，一名硕士生获评”2014年北京市优秀毕业生“。