动态充气光子晶体光纤的色散波生成与正常色散

文摘

没有拉曼和独特pressure-tunable分散的特征是充气光子晶体光纤(PCF)及其零色散点可以扩展到近红外的增加气体压力。色散波的生成(DW)在正常色散群速度色散(它)地区的调查。表明,考虑到self-steepening (SS)和引进初始输入脉冲的啁啾是两个合适的手段来控制DW的一代。纳粹党卫军的相对强度平均提高蓝移DW而红移DW的削弱。所需的DW排放明显不同的传播距离通过引入频率啁啾。操纵DW代充气PCF的联合效应SS或唧唧,高阶色散(TOD)提供了一个方法,一个集中的能量转移到目标波长。

1。介绍

光子晶体光纤的高设计灵活性已经吸引了许多研究者的关注在最近十年(1]。Kagome-lattice并用2002年报告的发展中的一个里程碑微结构光纤(2]。它展示了许多附加的意义属性的填充与气体中空心(3]。非线性和它可以明显控制通过调整气压或替换的气体种类3,4]。Raman-related效应消失时,中空的核心是充满了高压单原子气体如Ar,还零它的纤维可以人为调整从紫外到近红外(4]。这些特性高度增加空气的多功能性,使它一个理想的平台,调查不同的非线性光学效应。

我们都知道,光谱展宽和宽带变频固有特性为非线性光学过程(5]。色散波(DW),也称为nonsolitonic辐射或切伦科夫辐射6),supercontinuum代尤为重要,宽带光源,光纤和宽带变频,操纵DW代技术集中的能量转移到一个狭窄的光谱带。DW的一代强烈的光脉冲传播,尤其是在光子晶体纤维一直得到广泛的研究在过去的30年6- - - - - -9]。然而,它一直在最初提出的背景高阶孤子的传播。在这种情况下,高阶孤子传播的异常它政权通常由第三和高阶色散摄动(10- - - - - -13]。在我们以前的工作中,角色的self-steepening (SS)效应的生成和控制超材料的DW披露(14),在光子晶体光纤,DW的操作频率展开[鸣叫15,16]。

在时域,DW发射被描述为一个线性波的共振放大传播的相速度一样,孤子(17]。最近,在频域,phase-matched级联四波混频(CFWM)被确定为DW生成过程的非线性起源(18- - - - - -20.]。这是证明了DW发射不再认为是独家的孤波因为色散波可以发出即使泵在正常色散区在存在零它波长(21]。在这个政权,DW发射的物理起源,由高阶色散摄动,是密切相关的色散非线性不平衡所引起的冲击波弱二阶色散(22]。的表达的失谐频率色散波可以准确地确定相位匹配选择规则,涉及分散冲击波的速度由于新兴从梯度灾难22- - - - - -24]。高阶的角色分散在DW的生成和控制也暴露(24- - - - - -26]。然而,我们所知,到目前为止self-steepening和初始频率啁啾的影响在DW代泵在正常色散区尚未进行讨论。

在本文中,我们表明,可控的一代的DW泵在正常它分散可以通过两种方式实现:考虑纤维的党卫军效果或引入初始输入脉冲的频率啁啾。本文组织如下。在第二部分中,散焦非线性薛定谔方程(dNLSE)充气超短脉冲传播的光子晶体纤维托德和SS效果介绍。在第三部分中,我们讨论了可控DW生成和揭示纳粹党卫军的角色效应的红移和蓝移DW的一代。在第四部分中,对DW的一代的影响的基础上,不同的初始输入脉冲频率啁啾调查。最后,我们总结我们的研究结果。

2。数值模型

技术上阐明机制的谐振频散波发射,我们的数值模型是基于以下的规范化形式散焦非线性薛定谔方程与拉曼术语删除(27]: 注意,拉曼散射效应是缺席等高贵的充气PCF的基于“增大化现实”技术的考虑。我们已经介绍了标准化变量 , , ,在那里发射脉冲的持续时间,输入字段的力量,是一群速度在中央频率, 是阶色散长度和 是非线性的长度。注意,散焦特性源于假设正常的群速度色散和非线性系数 。 和 代表了标准化的非线性系数和标准化的高阶色散系数,分别。右边的非线性项(1)由克尔效应项和冲击导数项产生一个频率相关非线性系数。然而,在我们的数值模拟中,色散扩张可以截断第一修正它,也就是说,三阶色散,而所有的高阶色散项可以安全地忽略。

量化合奏频率变化的DW在传播过程中,我们引入intensity-weighted DW的中心频率作为传播距离的函数(28]: 色散效应被右边第一项(1集成的范围(从)来)选择不超过30 dB−相比的最大强度DW和代表了DW的光谱强度的函数与传播距离。

为了获得更直观的信息DW的强度分布,连续光谱分布的性能特点是分贝规模的相对强度29日] 和DW的相对平均强度 这里使用的分贝范围内允许我们清楚地表明低强度辐射。然而,如果强度谱提出了表单 ,它的价值是如此之小,可以淹没在强脉冲的背景。

3所示。操纵的色散波代Self-Steepening效果

众所周知,党卫军效应在充气光子晶体光纤不能忽视在实践中(4]。脉冲传播在正常色散区也受到高阶色散和非线性项的影响。因此,SS的联合效应和TOD DW代应该讨论。

讨论的DW代纤维,我们使用标准的分步傅里叶方法解决dNLSE数值。在数值模拟中,输入脉冲归一化 是就业。为了方便起见,我们只考虑到DW代的情况下 。选择的原因可以从一个泵高效代DWs正常它地区通常需要泵的非线性长度比的色散长度更短泵。获得一个物理的理解效果,纤维被忽视的损失。如果不是另有规定,只有正常的它。

3.1。为积极的色散斜率色散波的一代

在正常充气PCF的它,DW色散发出的楔波由于积极的色散斜率(即。、积极的TOD)将频率幅度已经对泵。因此,它被称为红移DW。

图1显示了红移DW self-steepening效应如何影响一代;积极的TOD ( )被认为是。在数据1(一)和1 (b),我们把脉冲的频谱演化作为归一化传播距离的函数(即self-steepening效应时关闭。,设置 ),包括(即。,设置 ),分别。显然,在传播的初始阶段,泵脉冲的频谱显示强劲,由于self-phase-modulation-induced对称展宽脉冲压缩弱正常色散的存在,但随着光谱扩大脉冲重叠的尾巴phase-matched频率,共振能量转移的发生过程可以看到。随着传播距离的增加,DW色散发出的冲击波开始出现红移。通过对比图可以看出1(一)与图1 (b)对红移,党卫军效果重要DW的一代。党卫军效应的两种情况是排除/包括输出光谱的演进有以下特点:首先,脉冲光谱变得狭窄。当党卫军效应包括频谱变窄是显而易见的。因此,这是一个缺点supercontinuum的一代。其次,中央频率红移DW远离残余泵脉冲的光谱的身体。换句话说,党卫军效应导致解谐频率的增加从泵。造成这个结果的原因是,DW的频率是由phase-matched条件与自然群速度有关,但最终党卫军在共振频率增加了群速度因为它影响群速度的依赖强度的方式(30.]。从图可以看出1 (c),变化并不显著,这表明SS的影响对红移的频率变化的影响比TOD DW不太重要。最后,一个明显的观察是红移DW的相对平均强度削弱。DW的光谱强度与泵的强度谱phase-matched频率(31日,32]。自从党卫军效果不对称地削弱了频谱向红、DW生成的效率下降。如图1 (d),红移的相对平均强度DW−56 dB当党卫军的效果 和滴−75 dB当党卫军的效果 。

充分理解学生的影响影响红移DW的一代,我们将考虑运算一代红移self-steepening DW的作用下关闭或包含不同的正TOD系数。接下来,我们讨论了加权中心频率和相对平均强度的函数TOD系数,如图2。我们看到的红移DW频率失谐从泵减少,平均强度提高增加。在图2,它也显示了DWs党卫军系数的影响。为 或 ,纳粹党卫军的影响系数解谐频率可以被忽视;然而,在范围内 ,纳粹党卫军的影响系数频率失谐是显著的。DWs的平均强度影响的党卫军效应明显;然而,相比之下没有党卫军效应的情况下,DWs的平均强度降低到20 dB当党卫军的效果。基于这些分析结果,我们得出结论:SS效应削弱了红移DW的一代。例如,当 ,平均强度−40 dB如果党卫军效果关闭;然而,它可以削弱了党卫军系数−55分贝 。

3.2。负色散斜率色散波的一代

前部分只考虑积极的角色在DW TOD参数生成。事实上,我们还可以获得TOD的负值参数通过改变压力或温度的填充气体的光子晶体纤维。色散波的情况似乎是位于更高频率与泵脉冲;因此,所谓的DW的蓝移。接下来,我们将讨论负TOD结合SS效应的作用在蓝移DW的一代。为 ,数据3(一个)和3 (b)显示时注入脉冲SS的轮廓效果关闭,包括,分别。形成鲜明对比的结果积极的托德,输出光谱的演进基于SS效应是否包含或没有明显的特征如下:首先,脉冲光谱变得狭窄。当党卫军效应包括频谱展宽是显而易见的。因此,这是有利于supercontinuum一代。接下来,蓝移的中心频率DW走向残余泵脉冲的光谱的身体。换句话说,蓝移DW的频率失谐从泵脉冲却降低了。合理的解释是,党卫军效应改变了群速度与相位匹配条件的表达有关。从图可以看出3 (c),在 ,蓝移DW的平均位置当党卫军效应被忽略是0.3以上的蓝移DW时考虑。最终,蓝移DW的相对平均强度增强。自党卫军不对称地提高频谱的影响向蓝色,这是提高效率的蓝移DW的一代。如图3 (d),蓝移的相对平均强度DW−67分贝党卫军效应是关闭时,虽然它增加−49 dB时包括在内。

进一步深入了解学生的影响影响蓝移DW代人物4的基础上指出,纳粹党卫军效应的两种情况都包括,蓝移的频率解调和相对平均强度DW策划作为负TOD系数的函数。在这两种情况下,我们可以看到从图4(一),蓝移DW转移到低频率的增加。然而,请注意,去谐频率蓝移的DW的党卫军效果低于DW忽视学生的效果,特别是当被放置在吗 。如图4 (b)DWs的相对平均强度增强,托德系数增加;尽管如此,它是指出,相对的数量平均强度的DW党卫军效应被忽视时大约20 dB时低于DW包括在内。这些结果表明,蓝移DW的相对平均强度增强,而不是减弱,和蓝移DW的平均位置可以稍微转向残余泵脉冲的光谱的身体通过考虑党卫军的效果。

4所示。操作频率啁啾的色散波的一代

从现实的角度来看,脉冲激光源发出经常鸣叫(33]。因此,除了self-steepening色散波发射上面所讨论的,效果很好的理解色散波的频率啁啾影响排放具有十分重要的意义。在一节中,我们详细考虑初始频率啁啾的影响在DW的一代。为了理解脉冲演化,即光谱扩张和DW的一代,在脉冲啁啾的影响下我们数值模拟了脉冲振幅传播使用分步傅里叶模拟工具,。为了突出的作用频率啁啾对DW一代,党卫军效应在接下来的讨论一直是关机状态。在我们的模拟,假设初始入射脉冲的标准化形式双曲正割领域简介: 在哪里是代表初始参数线性频率啁啾。我们开始我们的模拟来验证这种定性行为。

4.1。为积极的色散斜率色散波的一代

为了方便,我们应该积极的TOD系数是固定的 ,集 。为了更好地理解初始啁啾的影响,一系列的光谱演进为不同输入啾啾是显示在图5。比较数据5(一个)- - - - - -5 (c),它是观察到的频率啁啾DW代至关重要。频率啁啾的变化从消极到积极的,输出光谱的演进有以下特点:首先,的距离谱扩大其最大值修改。换句话说,DW的传播距离的一代需要改变。如果没有唧唧喳喳,初始脉冲频谱可以看到在第一个方法最大频谱宽度传播距离(见图5 (b))。如果负输入唧唧喳喳,DW的生成所需的距离是比较的早些时候unchirped脉冲(见黑色虚线图5(一个)]。更有趣的是,图5 (c)显示初始脉冲频谱方法最大点延迟当输入是积极的唧唧声。这样做的原因是,对于正啁啾系数,由于脉冲持续时间随距离 。强度下降然后减少非线性效应,导致降低带宽展宽的速率,而对于负啁啾系数、第一脉冲持续时间减少,直到达到最小值,由于距离 。这样,然后增加强度进一步提高非线性效应,导致加快的速度带宽展宽。这解释了为什么正脉冲发出鸣叫DW之后,或负脉冲发出鸣叫DW比较早些时候unchirped脉冲。

其次,DW的频率中心在传播明显改变。从图可以看出6(一)在DW一代的初始阶段,DW和泵之间的频率失谐脉冲参数值时逐渐减少初始输入的唧唧声从−2增加到2(注意,我们只画的进化中心频率DW与传播距离更远的地方因为没有DW代早期传播)。随着传播距离的进一步增加,中央DW时积极成了迅速饱和输入的频率啁啾应用;然而,对于负输入唧唧喳喳,DW的中心频率可以看到的光谱的身体逐渐转向残余泵,最终,解谐频率从泵脉冲会小于初始频率啁啾的情况下没有。

最后,DW的相对平均强度可以提高或降低。的依赖相对平均功率传播距离显示在图中6 (b)一组输入脉冲的啁啾参数。从图,很明显,相比之下的unchirped输入脉冲,正啁啾增强DW的平均强度而负啁啾DW的削弱。然而,不管最初的符号输入啾啾,DW的平均强度达到饱和时,迅速沿光纤传播。

4.2。负色散斜率色散波的一代

出于完整性的考虑,在以下部分中,我们将考虑负色散斜率的情况,也就是说,-托德。为了更好地与积极的TOD的情况上面所讨论的,我们将继续固定TOD系数和集 。模拟光脉冲的频谱演化三个不同啁啾参数数据所示7(一)- - - - - -7 (c)。所需的距离发出的DW, DW的中心频率和相对DW的平均强度明显改变的频率啁啾。更有趣的是,转换法绘制在图8几乎是一样的情况下积极的色散斜率。这表明蓝移DW的频率啁啾的影响将是红移DW的一样。这提供了一种方法来优化DW排放通过改变输入脉冲的初始啁啾。

5。结论

总而言之,我们提出了数值结果描述超短脉冲的非线性传输在充气光子晶体光纤正常色散区。当它满足相位匹配条件在不同色散斜率的迹象,它会产生红移或蓝移DW相对于输入泵脉冲。我们的研究结果表明,明显红移或蓝移DW的属性可以被党卫军的效果。红移DW, DW的相对平均强度迅速降低,DW的中心频率降档略当党卫军效应被认为是。然而,结果是截然相反的蓝移DW。初始啁啾对DW一代的影响也进行了研究。不管红移或蓝移DW,负啁啾可以加快DW一代而积极的唧唧声将慢下来。与此同时,频率啁啾导致显著的改变相对平均功率和DW的中心频率,。操纵DW代充气PCF的结合SS或唧唧,高阶色散的影响提供了一个有效的替代路线和集中的能量转移到所需的光谱波段。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(批准号。61571183,61571183)和广东省自然科学基金(批准号2014 a030310279)。

引用

1. p·s·j·罗素,“光子晶体纤维”,科学,卷299,不。5605年,第362 - 358页,2003年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. f . Benabid j . c .骑士,g . Antonopoulos p·s·j·罗素,“受激喇曼散射上天空心光子晶体光纤,”科学,卷298,不。5592年,第402 - 399页,2002年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. p . s . j . Russell·霍尔泽w . Chang a . Abdolvand和j·c·特拉弗斯”基于燃气非线性光学、空心光子晶体纤维”自然光子学,8卷,不。4、278 - 286年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. j·c·特拉弗斯w . Chang j . Nold n . y .乔利和p·s·j·罗素,“超快非线性光学在充气空心光子晶体纤维”美国光学学会杂志》上的B:光学物理,28卷,不。12日,A11-A26, 2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. j·m·达德利、g .礼貌的和s .科恩Supercontinuum代在光子晶体光纤中,“现代物理学的评论,卷78,不。4、1135 - 1184年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. n Akhmediev和m . Karlsson切伦科夫辐射通过在光纤孤子,”物理评论一个,51卷,不。3、2602 - 2607年,1995页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. p . k .围,h·h·陈,y . c·李,“孤波辐射的零group-dispersion波长的单模光纤,”物理评论一个第41卷。。1,第439 - 426页,1990。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. p . k . a .围c . r . Menyuk y . c·李·h·h·陈,“非线性脉冲传播在附近的单模光纤的零色散波长,”光学信,11卷,不。7,464 - 466年,1986页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. 诉我Karpman,“孤波辐射,因为高阶色散,”物理评论大肠统计、非线性和软物质物理学卷,47号3、2073 - 2082年,1993页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索|MathSciNet
10. h·杨,f·汉,h . Hu w . Wang,曾问:“Spectral-temporal分析光子晶体光纤的色散波生成不同的色散斜率,”《现代光学,卷61,不。5,409 - 414年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. k m . Hilligsøe h n . Paulsen j . Thøgersen s . r . Keiding和j·j·拉森,“初始步骤supercontinuum代在光子晶体光纤中,“美国光学学会杂志》上的B:光学物理,20卷,不。9日,第1893 - 1887页,2003年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. 罗伊,s . k . Bhadra, g . p . Agrawal”的高阶孤子微扰四阶色散光纤,”光学通信,卷282,不。18日,第3803 - 3798页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. j·n·埃尔金、t . Brabec和s·m·j·凯利,“孤子传播的扰乱性的理论在三阶色散的存在,”光学通信,卷114,不。3 - 4、321 - 328年,1995页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. 美国希尔,c, e . Kuklewicz莱昂纳特,和f·康尼锡,“进化的光孤子困在微结构光纤,”光学表达,17卷,不。16,13588 - 13601年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. 傅x l .钱s .温,d .粉丝,“非线性啁啾脉冲传播和supercontinuum代在微结构光纤,”光学学报:纯粹和应用光学》第六卷,没有。11日,第1016 - 1012页,2004年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. d . Lei h .董,s .温家宝,h·杨,“操纵色散波生成频率啁啾在光子晶体纤维,”光波技术杂志》,27卷,不。20日,第4507 - 4501页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. a . v . Husakou和j·赫尔曼Supercontinuum代的高阶孤子分裂在光子晶体光纤中,“物理评论快报,卷87,不。2001年20篇文章ID 203901。视图:谷歌学术搜索
18. m . Erkintalo y徐,s·g·默多克,j·m·达德利和g .礼貌的“级联相匹配和非线性对称破坏纤维频率梳,”物理评论快报,卷109,不。22日,ID 223904条,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. k·e·韦伯m . Erkintalo y徐et al .,“非线性光学纤维视界”,自然通讯卷,5篇文章。4969年,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. k·e·韦伯m . Erkintalo y徐,g .礼貌的和s . g .默多克“效率的色散波代双频打信号,”光学信,39卷,不。20日,第5853 - 5850页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. k·e·韦伯y徐,m . Erkintalo和s . g .默多克“广义非线性光纤中色散波发射。”光学信,38卷,不。2、151 - 153年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. m . Conforti和美国Trillo色散波辐射波打破。”光学信,38卷,不。19日,3815 - 3818年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. j . Fatome c . Finot g . Millot a . Armaroli和s . Trillo”在多个四波混频光undular孔的观察,“物理评论X,4卷,不。2、文章ID 021022, 2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. m . Conforti f·巴罗尼奥,s . Trillo“共振辐射流分散冲击波,”物理评论——原子、分子、光学物理,卷89,不。1,文章ID 013807, 2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. s . Malaguti m . Conforti, s . Trillo“分散辐射引起的冲击波在被动的谐振器,”光学信,39卷,不。19日,5626 - 5629年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. 美国Malaguti、g . Bellanca和s Trillo“分散破浪连贯地驱动被动蛀牙,”光学信,39卷,不。8,2475 - 2478年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. n y乔利,j . Nold w . Chang et al .,“明亮的空间相干wavelength-tunable深紫外激光源使用Ar-filled光子晶体光纤,”物理评论快报,卷106,不。2011年20篇文章ID 203901。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. c, e·j·里斯t . Laurila剑,和c·f·卡明斯基”周期孤子之间的相互作用和色散波在非相干supercontinuum辐射的一代,”光学表达,20卷,不。6,6316 - 6324年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. d . a . Korobko o . g . Okhotnikov d . a . Stoliarov a . a . Sysolyatin i o . Zolotovskii,“宽带红外连续代分散转移锥形纤维,”美国光学学会杂志》上的B:光学物理,32卷,不。4、692 - 700年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. g . p . Agrawal非线性光纤、学术、纽约、第四版,2007年版。
31. t . mar; c . Mas, m . Conforti et al .,“火车排放的色散波的暗孤子在光纤,”光学信第41卷。。11日,第2457 - 2454页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. 江g . y . Chen, s . Chen等人“机械剥落了黑磷作为一种新的饱和吸收体q开关和锁模激光手术,”光学表达,23卷,不。10日,12823 - 12833年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. 陈,l .苗族x Chen等人“Few-layer拓扑绝缘体对于使用非线性克尔效应的全光信号处理,”先进的光学材料,3卷,不。3、1769 - 1778年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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