【摘 要】
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超连续谱是光脉冲在非线性介质传输过程中产生的一种光学现象,具有光谱宽、稳定性和相干性好等特点,因此在诸多领域具有广泛应用。但目前报道的超连续谱大多是不能调谐或无法精确控制调谐范围,所以本文提出了一种产生可调谐超连续谱的方法,以高非线性三硒化二砷(As2Se3)作为纤芯、以温敏材料甲苯填充包层的悬吊芯微结构光纤,在甲苯临界温度-90~110℃范围内产生温控可调谐超连续谱,在物质探测、光谱学和环境分析
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超连续谱是光脉冲在非线性介质传输过程中产生的一种光学现象,具有光谱宽、稳定性和相干性好等特点,因此在诸多领域具有广泛应用。但目前报道的超连续谱大多是不能调谐或无法精确控制调谐范围,所以本文提出了一种产生可调谐超连续谱的方法,以高非线性三硒化二砷(As2Se3)作为纤芯、以温敏材料甲苯填充包层的悬吊芯微结构光纤,在甲苯临界温度-90~110℃范围内产生温控可调谐超连续谱,在物质探测、光谱学和环境分析等领域具有广阔的应用前景。首先进行悬吊芯微结构光纤的结构设计和材料选择。光纤基底材料选用硫系化物As2Se3,具有较高的非线性效应,并且在中红外透射范围宽。利用全矢量有限元方法结合完美匹配层条件研究了光纤的纤芯直径、桥宽和空气孔数对色散和损耗的影响。接着利用分步傅里叶算法数值求解广义非线性薛定谔方程,对光脉冲在高非线性悬吊芯光纤中产生超连续谱进行了模拟和优化,研究了泵浦峰值功率、泵浦初始脉冲宽度、光纤长度对超连续谱的影响。当光纤的纤芯直径为3μm、桥宽为0.95μm、空气孔数为两孔、泵浦中心波长为2.7μm、泵浦峰值功率为14k W、泵浦初始脉冲宽度为350fs、光纤长度为3cm时,得到超连续谱的展宽范围为1.72μm~7.79μm、平均相对输出功率为-38.1d B、光谱平坦度为0.87。基于上述优化后的悬吊芯微结构光纤,以高温敏材料甲苯填充包层,利用甲苯的温敏效应得到一种温控可调谐超连续谱的方法。利用非线性薛定谔方程和分步傅里叶算法分析了在甲苯临界温度为-90~110℃范围内产生超连续谱的可调谐性。研究了不同纤芯直径、初始脉冲宽度、峰值功率和温度对可调谐超连续谱的影响。研究发现:当光纤纤芯直径为3μm时,利用中心波长为3.1μm、峰值功率为20k W、脉冲宽度为300fs的泵浦源可以在临界温度下实现1.20μm光谱宽度的调谐;随着可调谐光谱宽度的增大,光谱平坦度略有下降,平坦度的取值范围为0.89~0.92,这说明超连续谱保持平坦。产生的可调谐超连续谱可以通过温度控制得到较大的可调谐范围,易于精确控制光谱宽度,有望应用于生物物质检测、提高医学成像中图像分辨率等。
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