光子晶体光纤超连续谱中光流氓波的研究

Supercontinuum spectra, which can range from ultra-violet to mid infra-red wavelength, has many important applications including optical fiber communication,precision optical frequency metrology， optical coherence tomography， spectroscopy， microscopy and gas sensing. With the invention of photonic crystal fibers, the study of supercontinuum has become an important branch of nonlinear fiber optics. Although supercontinuum generated using femtosecond laser pulses are stable and coherent but ultrafast laser sources require careful handling and are therefore not preferred in practical applications. Supercontinuum generated using picosecond or nanosecond laser pulses are easier to manipulate but are unstable and incoherent because the main mechanism generating the supercontinuum in the long pump pulse regime is noise sensitive. Optical rogue waves were detected in picosecond supercontinuum generation in 2007 nature paper. In this project, we will develop a theoretical model to have a complete theoretical understanding of the factors influencing both the supercontinuum spectral structure and the noise properties at all wavelengths across the spectrum. We will also study active and passive control of optical rogue waves to propose new schemes for coherent supercontinuum generation. The results will be verified experimently.

超连续谱，其波长范围可以从紫外线到中期的红外线的波长，有许多重要的应用包括光纤通信, 精密光学频率计量，光学相干断层扫描仪，光谱仪，显微镜，气体检测等。光子晶体光纤的发明使得超连续谱的研究分析已经成为非线性光纤光学的一个重要分支。虽然使用飞秒激光脉冲超连续谱的产生是稳定和相干的，但超快激光源需要小心处理，因此不是实际应用中的首选。使用皮秒或纳秒激光脉冲或连续光产生超连续谱更容易操作，但其过程对噪声的敏感性导致其稳定性和相干性都很差。　2007年的自然上有文章报道了光子晶体光纤超连续中光流氓波的存在。本项目以光流氓波为例, 建立理论模型，分析光流氓波成因，研究光流氓波主动和被动的控制方案，提出相干超连续产生的新方案。这些分析结果有待实验进行验证。

光纤中超连续谱产生的技术近年来引起了国际学术界的关注。 虽然使用飞秒激光脉冲超连续谱的产生是稳定和相干的，但超快激光源需要小心处理，因此不是实际应用中的首选。使用皮秒或纳秒激光脉冲或连续光产生超连续谱更容易操作，但其过程对噪声的敏感性导致其稳定性和相干性都很差。2007年的自然上有文章报道了光子晶体光纤超连续中光流氓波的存在。本项目以光流氓波为例, 建立理论模型，分析光流氓波成因，研究光流氓波主动和被动的控制方案，提出相干超连续产生的新方案。 对超连续谱中的光流氓波，我们采取了弱连续光触发的有效控制方案，我们成功实现了弱连续光触发对皮秒脉冲/飞秒脉冲/连续光泵浦超连续谱中光流氓波的控制。弱连续光触发下的超连续谱的谱宽明显展宽，其相干性也获得了很好的提升。.除了主动的控制手段，我们同时也通过光纤设计实现对超连续谱相干性的提升。我们通过各种论证， 最终提出了使用大模式面积光子晶体光纤拉锥来实现非线性系数沿光纤方向增加的光纤。 此方案中提出的非线性系数随光纤方向增加的光纤是基于当今成熟并广泛采用光子晶体光纤的制造技术，其过程不需要特别的或具有挑战性的光纤设计。 我们也提出利用皮秒输入脉冲在级联光纤中的高性能压缩产生超短脉冲对应的超宽光谱。在这种情况下，没有涉及调制不稳定的作用，所产生的超连续谱表现出高度的相干性。级联脉冲压缩方案的具体光纤设计已在发表的论文中给出，是一种更有前途的技术解决方案。此项新开发的技术被认为相干超连续谱的可行有效方案。.本项目通过对超连续谱中光流氓波的分析和控制，提出了宽光谱，高相干超连续谱的可行方法。