高功率白光超连续全固光子带隙光纤光源

超连续谱是指强短脉冲通过非线性介质时，由于非线性效应与光纤群速度色散的共同作用而使脉冲频谱展宽的一种现象。随着光子晶体光纤（PCF）的出现以及迅猛发展，光纤中的光谱超连续展宽技术已经成为当前热门的研究课题。多孔光子晶体光纤是一种新型光纤，允许所设计的光纤具有高的非线性系数和可控的零色散点，从而导致了光子晶体光纤与传统光纤相比更容易产生宽达2000nm以上的超连续光谱。然而，在很多应用中，并不完全需要如此宽的超连续光源，而是希望把高能量集中到某一个特定的波长范围（比如大功率短波长白光超连续，传统的多孔PCF很难满足大功率需求）。利用全固光子带隙光纤的奇异的色散关系，把相应导带的零色散波长调节到532nm, 把倍频后的ps级1064nm（30-40W）耦合进入全固光子晶体光纤，利用其非线性从而产生频谱展宽，能够得到大功率（大于10W）超连续的白光（400-900nm）。

项目承担方围绕利用全固光子带隙光纤产生白光超连续的核心研究内容，在特种光子晶体光纤带隙调控理论研究，超连续带隙光纤设计与制作，超快光纤激光器的设计制作，以及可见光超连续产生四个方面取得了丰硕成果，现列举如下：.1).全固光子带隙光纤的带隙调控理论研究.通过设计基于断环结构的全固光子带隙光纤，利用基于平面波展开法进行态密度图和Bloch模场分布研究，发现该种光纤中的高阶带隙可以得到调节并被极大展宽。这一宽的高阶带隙可以用来设计获得宽通光带隙全固光子带隙光纤。.2).超连续全固光子带隙光纤设计制作.根据课题要求，我方拉制了适用于白光超连续的全固光子带隙光纤。外径为110微米的光纤，其芯径分别为5.3微米，基本上符合我们最初对光纤芯径的要求，能够拥有一定的非线性同时又能够耐受相当的光功率密度。.3).超快Yb光纤激光器的设计制作.为了获得高平均功率的超连续输出，需要实现高平均功率的泵浦激光，高重频的激光器可以降低高平均功率引起的单脉冲能量过高的问题。我们设计制作了新型的波分复用（WDM）准直器取代传统的WDM和准直器，能够极大的缩短环形腔激光器的腔长，从而获得了最高重复频率的环形腔掺Yb光纤激光振荡器，实现了503MHz的脉冲序列输出。另外，全固光子带隙光纤也被用来进行腔内色散补偿，最终获得了29fs脉冲输出。.4).白光超连续产生.利用设计制作的全固光子带隙光纤，在30mW的532nm的耦合泵浦光作用下，获得了500-800nm的超连续光谱输出。另外，值得一提的是，通过与普通的折射率引导的光子晶体光纤的扩谱效果相比，带隙光纤的扩谱存在截至波长，光谱不会像折射率引导的光纤一直向红外长波长扩展，这样能量能够集中在设计带隙所在的波长范围，会大大提高所需波长范围内的功率水平。.课题从理论计算入手，设计加工了实际的光子带隙光纤，研制出了世界上最高重复频率的Yb光纤环形腔激光器，并获得了可见光波段的超连续产生，在SCI期刊发表文章10篇，参加国际会议3次，圆满完成了课题任务要求。