光子晶体光纤中飞秒脉冲四波混频的实验研究.pdfVIP

光子晶体光纤中飞秒脉冲四波混频的实验研究1 1 1,2 2 耿丹 ，杨冬晓 ，王亮 1 浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州（310027 ） 2 浙江大学太赫兹技术研究中心，浙江杭州（310027 ） E-mail：yangdx@ 摘 要： 本文对通信波段的飞秒脉冲激光在色散平坦光子晶体光纤中四波混频的特性进行 了实验研究。当满足相位匹配条件时，斯托克斯波和反斯托克斯波能从噪声中形成；当泵浦 功率增大时，斯托克斯波和反斯托克斯波的功率也随之增大，且二者的波长不变。 关键词：光子晶体光纤 四波混频 斯托克斯波 中图分类号：TP212.14 1. 引 言 光子晶体光纤（photonic crystal fiber ，简称PCF ）是近年来出现的一种新型光纤，它具 有无限单模传输特性，通过对 PCF 的设计可以调节它的色散特性，减少模场面积，增加非 线性系数，吸引了人们浓厚的兴趣[1] 。近年来，人们对 PCF 中非线性效应进行了较多的研究， [2] [3-4] [5] 包括在 PCF 中观察到了超连续谱 、利用 PCF 制成的全光开关 、布里渊激光器 ，以及 PCF 中的拉曼放大[6-7]、四波混频[8-10]等。 利用参量放大可以做成光参量放大器，原则上只要有合适波长的泵浦，光参量放大器能 放大任意波长的信号。参量放大除了放大信号光之外，还能够产生闲频光，因此，参量放大 是频率转换的一种有效方式。参量放大还有归零脉冲产生、光时分解复用和全光抽样等应用。 近年来，PCF 中的四波混频取得了较大的进展。2001 年 Sharping 等人第一次研究了 PCF 中 的四波混频效应，利用 753 nm 波段的纳秒激光泵浦 PCF[8] ；2002 年，Kazi 等人利用 810 nm 波段的飞秒激光泵浦锥形的 PCF[10] ；2003 年，Tang 等人研究了 1550 nm 波段的纳秒激光泵 浦 PCF 参量放大[9] 。为得到高增益、宽带宽、单波长泵浦的光纤光参量放大器，需要高泵浦 功率、高非线性系数和低色散斜率的短光纤。本文选择在通信波段具有平坦色散的 PCF 作 为增益介质，研究了通信波段的飞秒激光在这种 PCF 中的四波混频现象。 2. 基本原理 一个或几个光波的光子被湮灭的同时会产生几个不同频率的新光子，在此参量作用过程 中，能量和动量是守恒的，典型的过程有四波混频。一类四波混频的情况是，频率为ω1、ω2 的两个光子的湮灭，产生两个频率为ω 和 ω 的新光子，它们满足能量守恒定律 3 4 ω +ω ω +ω 3 4 1 2 (1) 1 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20030335029 ）和国家自然科学基金（项目编 号）资助 - 1 - 根据动量守恒定律，相位匹配条件为 Δk k +k −k −k (n ω +n ω −n ω −n ω ) / c 0 (2) 3 4 1 2 3 3 4 4 1 1 2 2 在 ω = ω 的特定条件下，满足Δk = 0 相对要容易一些，光纤中的四波混频大多数属于这种 1 2 部分简并情形。频率为 ω 的