基于中红外非线性光纤的1-4μm平坦型超连续谱研究.pdf

摘要

中红外波段超连续谱（SC）光纤激光器兼具普通激光器相干性好、方向性好、

亮度高等特点，还具有优秀的输出光束质量以及超宽的光谱覆盖范围等优势，在

光纤传感、分子识别、光学相干层析成像以及光电对抗干扰领域有着巨大的应用

价值。本文围绕两类中红外光纤（UHNA7（Ultra-HighNumericalAperture7）和

TBY（TeO-20BaF-10YO）），借助1.9-2.6μm平坦型超连续谱为泵浦源，通过优

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化种子参数以及中红外光纤参数，开展了对在此类光纤中高功率平坦型超宽带中

红外波段超连续谱激光器产生的研究，主要研究内容为：

（1）从广义非线性薛定谔方程（GNLSE）出发，通过数值模拟了UHNA7光

纤和TBY光纤中超连续谱产生的非线性过程，分析出在UHNA7光纤中，窄脉宽、

高峰值功率种子源以及适中非线性光纤长度有利于高功率平坦型超连续谱产生；

在TBY光纤中，窄脉宽、高峰值功率种子源以及较长非线性光纤长度有利于超宽

带平坦型超连续谱产生。同时，指出了同孤子相关的频率红移是UHNA7光纤中

光谱长波展宽的主要非线性效应，而蓝移色散波与TBY光纤中光谱短波展宽有关。

（2）利用1.9-2.6μm超连续泵浦源位于UHNA7非线性光纤正常色散区的特

征，通过开展对种子源脉宽和重频以及UHNA7非线性光纤长度的优化实验，最

终在种子参数为400kHz-5ns、0.25m长的UHNA7光纤中实现了兼具高功率、高

稳定性、高平坦度的超连续谱输出，解决了目前在中红外波段超连续谱产生中，

难以同时实现SC的高功率输出和高平坦度的问题。超连续谱光源的光谱范围覆

盖1.77-3.31μm，5dB带宽为969nm，10dB带宽为1190nm，最大平均输出功率

为12.01W，在最大输出功率下，1小时内的RMS为0.074%，取得了在低掺锗光

纤中平坦型超连续谱研究的最高功率指标。

（3）利用TDFA所放大的1.9μm波段恰好位于TBY光纤零色散点附近，从而

可实现SC大幅短波拓展的蓝移色散波的特征，再通过开展对种子源参数以及

TBY非线性光纤长度和芯径的优化实验，在TBY光纤中实现了兼具超宽光谱、超

平坦的超连续谱输出。最终在种子为400kHz-1ns、TBY光纤芯径为7μm长度为

1m的参数下，超连续谱光源的光谱范围覆盖1.13-4.04μm，5dB带宽为2561nm

（1276-3837nm），10dB带宽为2691nm（1209-3900nm），最大平均输出功率为

2.76W，实现了目前氟碲酸盐光纤中产生超连续谱激光的最宽5dB覆盖范围。

关键词：中红外光纤，非线性效应，超连续谱产生，光纤激光器

ABSTRACT

Thesupercontinuum(SC)fiberlaserinthemid-infraredbandcombinesthe

characteristicsofordinarylaserswithgoodcoherence,gooddirectionality,andhigh

brightness.Italsohasexcellentoutputbeamqualityandultra-widespectralcoverage,

whichhashugeapplicationvalueinthefieldsofmoleculesidentification,optical

coherencetomographyandphotoelectriccounter-interference.Thisthesisfocusesontwo

typesofmid-infraredopticalfibers(UHNA7(Ultra-HighNumericalAperture7)and

TBY(TeO-20BaF-10YO)),usinga1.