光子晶体光纤超连续谱的孤子俘获数值研究

李建锋; 周桂耀; 侯蓝田

doi:10.7498/aps.61.124203

摘要

通过数值求解广义非线性薛定谔方程, 本文对光子晶体光纤中超连续谱的孤子俘获现象进行研究. 利用交叉相关频率分辨光学开关(X-FROG)技术, 观测并记录了超连续谱沿着光纤长度的演化, 得到孤子俘获的整个过程. 研究发现: 当满足相位匹配条件时, 孤子与非孤子辐射波发生四波混频, 产生的俘获波频谱随着孤子红移而逐渐蓝移; 增加抽运功率, 孤子与俘获波的作用增强. 为可调谐超短脉冲和超连续谱研究提供理论依据.

关键词:

Abstract

In this paper, we numerically study the soliton trapping of supercontinuum in photonic crystal fiber by solving generalized nolinear Schrödinger equation. Using the cross-correlation frequency resolved optical gating (X-FROG) technique, the propagation of the supercontinuum is recorded along the fiber and the evolution of soliton trapping is observed. When the phase-matching condition is met, new frequency of the pulse trapping is generated from four-wave mixing of soliton with nonsolitonic radiation, and is continuously blueshifted while the soliton is redshifted. Higher pump-power shows the strong interaction between soliton and nonsolitonic radiation. Provided in the paper is a theoretical basis for tunable ultra-short laser pulses and supercontinuum researches.

Keywords:

photonic crystal fibers /
supercontinuum /
soliton trapping /
generalized nolinear Schrödinger equation

作者及机构信息

1.
燕山大学红外光纤与传感研究所, 秦皇岛 066004;

2.
燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室, 秦皇岛 066004;

3.
华南师范大学信息光电子科学学院, 广州 510006

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973)(批准号: 2010CB327604)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Institute of Infrared Optical Fibers and Sensors, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China;

2.
State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology, Yanshan University, Qinhuangdao 066004 China;

3.
School for Information and Optoelectronic Science and Enginering, South China Normal University, Guangzhou 510006, China

Funds: Project supported by the State Key Development Program for Basic Research of China (973) (Grant No. 2010CB327604).

参考文献

[1]	Ranka J K, Robert S W, Stentz A J 2000 Opt. Lett. 25 25
[2]	Husakou A V, Herrmann J 2002 J. Opt. Soc. Am. B 19 2171
[3]	Dudley J M, Genty G, Coen S 2006 Rev. Mod. Phys. 78 1135
[4]	Wadsworth W J, Blanch A, Knight J C, Man T M, Russel P 2002 J. Opt. Soc. Am. B 19 2148
[5]	Li S G, Ji Y L, Zhou G Y, Hou L T, Wang Q Y, Hu M L, Li Y F, Wei Z Y, Zhang J, Liu X D, 2004 Acta Phys. Sin. 53 478 (in Chinese) [李曙光, 冀玉领, 周桂耀, 侯蓝田, 王清月, 胡明列, 栗岩峰, 魏志义, 张军, 刘晓东 2004 53 478]
[6]	Liu W H, Song X Z, Wang Y S, Liu H J, Zhao W, Liu X M, Peng Q J, Xu Z Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 917 (in Chinese) [刘卫华, 宋啸中, 王屹山, 刘红军, 赵卫, 刘雪明, 彭钦军, 许祖彦 2008 57 917]
[7]	Smirnov S V, Ania-Castanon J D, Ellingham T J, Kobtsev S M, Kukarin S, Turitsyn S K 2005 Opt. Fiber Technol. 12 122
[8]	Agrawal G P 2007 Nonlinear Fiber Optics (4th ed) (San Diego: Calif)
[9]	Herrmann J, Griebner U, Zhavoronkov N, Husakou A, Nickel D, Knight J C, Wadsworth W J, Russell P, Korn G 2002 Phys. Rev. Lett. 88 173901
[10]	Blanch A, Knight J C, Russell P 2002 J. Opt. Soc. Am. B 19 2567
[11]	Mitschke F M, Mollenauer L F 1986 Opt. Lett. 11 659
[12]	Nishizawa N, Goto T 2002 Opt. Express. 10 1151
[13]	Dudley J M, Gu X, Xu L, Coen S, Windeler R S 2002 Opt. Express. 10 1215
[14]	Genty G, Lehtonen M, Ludvigsen H 2004 Opt. Express. 12 4614
[15]	Yulin A V, Skryabin D V, Russel P 2004 Opt. Lett. 29 2411
[16]	Skryabin D V, Yulin A V 2005 Phys. Rev. E 72 016619
[17]	Efimov A, Taylor A J, Omenetto F G, Yulin A V, Joly N Y, Biancalana F, Skryabin D V, Knight J C 2004 Opt. Express. 12 6498
[18]	Gorbach A V, Skryabin D V, Stone J M, Knight J C 2006 Opt. Express. 14 9854
[19]	Gorbach A V, Skryabin D V 2007 Nature Photon. 1 653
[20]	Gorbach A V, Skryabin D V 2007 Phys. Rev. A 76 053803
[21]	Skryabin D V, Gorbach A V 2010 Rev. Mod. Phys. 82 1287
[22]	Hill S, Kuklewicz C E, Leonhardt U, Konig F 2009 Opt. Express. 17 13588
[23]	Nishizawa N, Itoh K 2009 Appl. Phys. Express. 2 062501
[24]	Erkintalo M, Genty G, Dudley J M 2010 Opt. Express. 18 13379
[25]	Stolen R H, Gordon J P, Tomlinson W J, Haus H A 1989 J. Opt. Soc. Am. B 6 1159
[26]	Hollenbeck D, Cantrell C D 2002 J. Opt. Soc. Am. B 19 2886
[27]	Liu X M, Lee B 2003 IEEE Photon. Technol. Lett. 15 1549
[28]	Li S G, Zhou G Y, Xing G L, Hou L T, Wang Q Y, Li Y F, Hu M L 2005 Acta Phys. Sin. 54 1599 (in Chinese) [李曙光, 周桂耀, 邢光龙, 侯蓝田, 王清月, 栗岩峰, 胡明列 2005 54 1599]
[29]	Cristiani I, Tediosi R, Tartara L, Degiorgio V 2004 Opt. Express. 12 124
[30]	Erkintalo M, Genty G, Wetzel B, Dudley J M 2010 Opt. Express. 18 25449
[31]	Roy S, Bhadra S K, Saitoh K, Koshiba M, Agrawal G P 2011 Opt. Express. 19 10443
[32]	Zhu Q H, Zhou S H, Zhao L, Zeng X M, Hang Z, Zhou K N, Wang X, Huang X J, Feng G Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 84215 (in Chinese) [朱启华, 周寿桓, 赵磊, 曾小明, 黄征, 周凯南, 王逍, 黄小军, 冯国英 2011 60 84215]

施引文献

[1]	Ranka J K, Robert S W, Stentz A J 2000 Opt. Lett. 25 25
[2]	Husakou A V, Herrmann J 2002 J. Opt. Soc. Am. B 19 2171
[3]	Dudley J M, Genty G, Coen S 2006 Rev. Mod. Phys. 78 1135
[4]	Wadsworth W J, Blanch A, Knight J C, Man T M, Russel P 2002 J. Opt. Soc. Am. B 19 2148
[5]	Li S G, Ji Y L, Zhou G Y, Hou L T, Wang Q Y, Hu M L, Li Y F, Wei Z Y, Zhang J, Liu X D, 2004 Acta Phys. Sin. 53 478 (in Chinese) [李曙光, 冀玉领, 周桂耀, 侯蓝田, 王清月, 胡明列, 栗岩峰, 魏志义, 张军, 刘晓东 2004 53 478]
[6]	Liu W H, Song X Z, Wang Y S, Liu H J, Zhao W, Liu X M, Peng Q J, Xu Z Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 917 (in Chinese) [刘卫华, 宋啸中, 王屹山, 刘红军, 赵卫, 刘雪明, 彭钦军, 许祖彦 2008 57 917]
[7]	Smirnov S V, Ania-Castanon J D, Ellingham T J, Kobtsev S M, Kukarin S, Turitsyn S K 2005 Opt. Fiber Technol. 12 122
[8]	Agrawal G P 2007 Nonlinear Fiber Optics (4th ed) (San Diego: Calif)
[9]	Herrmann J, Griebner U, Zhavoronkov N, Husakou A, Nickel D, Knight J C, Wadsworth W J, Russell P, Korn G 2002 Phys. Rev. Lett. 88 173901
[10]	Blanch A, Knight J C, Russell P 2002 J. Opt. Soc. Am. B 19 2567
[11]	Mitschke F M, Mollenauer L F 1986 Opt. Lett. 11 659
[12]	Nishizawa N, Goto T 2002 Opt. Express. 10 1151
[13]	Dudley J M, Gu X, Xu L, Coen S, Windeler R S 2002 Opt. Express. 10 1215
[14]	Genty G, Lehtonen M, Ludvigsen H 2004 Opt. Express. 12 4614
[15]	Yulin A V, Skryabin D V, Russel P 2004 Opt. Lett. 29 2411
[16]	Skryabin D V, Yulin A V 2005 Phys. Rev. E 72 016619
[17]	Efimov A, Taylor A J, Omenetto F G, Yulin A V, Joly N Y, Biancalana F, Skryabin D V, Knight J C 2004 Opt. Express. 12 6498
[18]	Gorbach A V, Skryabin D V, Stone J M, Knight J C 2006 Opt. Express. 14 9854
[19]	Gorbach A V, Skryabin D V 2007 Nature Photon. 1 653
[20]	Gorbach A V, Skryabin D V 2007 Phys. Rev. A 76 053803
[21]	Skryabin D V, Gorbach A V 2010 Rev. Mod. Phys. 82 1287
[22]	Hill S, Kuklewicz C E, Leonhardt U, Konig F 2009 Opt. Express. 17 13588
[23]	Nishizawa N, Itoh K 2009 Appl. Phys. Express. 2 062501
[24]	Erkintalo M, Genty G, Dudley J M 2010 Opt. Express. 18 13379
[25]	Stolen R H, Gordon J P, Tomlinson W J, Haus H A 1989 J. Opt. Soc. Am. B 6 1159
[26]	Hollenbeck D, Cantrell C D 2002 J. Opt. Soc. Am. B 19 2886
[27]	Liu X M, Lee B 2003 IEEE Photon. Technol. Lett. 15 1549
[28]	Li S G, Zhou G Y, Xing G L, Hou L T, Wang Q Y, Li Y F, Hu M L 2005 Acta Phys. Sin. 54 1599 (in Chinese) [李曙光, 周桂耀, 邢光龙, 侯蓝田, 王清月, 栗岩峰, 胡明列 2005 54 1599]
[29]	Cristiani I, Tediosi R, Tartara L, Degiorgio V 2004 Opt. Express. 12 124
[30]	Erkintalo M, Genty G, Wetzel B, Dudley J M 2010 Opt. Express. 18 25449
[31]	Roy S, Bhadra S K, Saitoh K, Koshiba M, Agrawal G P 2011 Opt. Express. 19 10443
[32]	Zhu Q H, Zhou S H, Zhao L, Zeng X M, Hang Z, Zhou K N, Wang X, Huang X J, Feng G Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 84215 (in Chinese) [朱启华, 周寿桓, 赵磊, 曾小明, 黄征, 周凯南, 王逍, 黄小军, 冯国英 2011 60 84215]

[1]	熊梦杰, 李进延, 罗兴, 沈翔, 彭景刚, 李海清. 新型高双折射微结构纤芯光子晶体光纤的可调谐超连续谱的特性研究. , 2017, 66(9): 094204. doi: 10.7498/aps.66.094204
[2]	张心贲, 罗兴, 程兰, 李海清, 彭景刚, 戴能利, 李进延. 双零色散光子晶体光纤中可见光超连续谱的产生. , 2014, 63(3): 034204. doi: 10.7498/aps.63.034204
[3]	贾楠, 李唐军, 孙剑, 钟康平, 王目光. 高非线性光纤正常色散区利用皮秒脉冲产生超连续谱的相干特性. , 2014, 63(8): 084203. doi: 10.7498/aps.63.084203
[4]	祝贤, 张心贲, 陈翔, 彭景刚, 戴能利, 李海清, 李进延. 在色散渐减光子晶体光纤中产生超连续谱的实验研究. , 2013, 62(9): 094217. doi: 10.7498/aps.62.094217
[5]	刘双龙, 陈丹妮, 刘伟, 牛憨笨. 基于全正色散光子晶体光纤的超连续谱光源. , 2013, 62(18): 184210. doi: 10.7498/aps.62.184210
[6]	赵原源, 周桂耀, 李建设, 韩颖, 王超, 王伟. V型高双折射光子晶体光纤超连续谱产生的实验研究. , 2013, 62(21): 214212. doi: 10.7498/aps.62.214212
[7]	王威彬, 杨华, 唐平华, 韩芳. 光子晶体光纤超连续谱产生过程中色散波的孤子俘获研究. , 2013, 62(18): 184202. doi: 10.7498/aps.62.184202
[8]	李荧, 侯静, 王彦斌, 靳爱军, 姜宗福. 高相干度超连续谱产生的理论研究. , 2012, 61(9): 094212. doi: 10.7498/aps.61.094212
[9]	宋锐, 侯静, 陈胜平, 王彦斌, 陆启生. 177.6 W全光纤超连续谱光源. , 2012, 61(5): 054217. doi: 10.7498/aps.61.054217
[10]	靳爱军, 王泽锋, 侯静, 郭良, 姜宗福. 光子晶体光纤反常色散区抽运产生超连续谱的相干特性分析. , 2012, 61(12): 124211. doi: 10.7498/aps.61.124211
[11]	王彦斌, 熊春乐, 侯静, 陆启生, 彭杨, 陈子伦. 长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的理论研究. , 2011, 60(1): 014201. doi: 10.7498/aps.60.014201
[12]	季玲玲, 陈伟, 曹迎春, 杨振宇, 陆培祥. 双折射光子晶体光纤中基于孤子分裂的超连续光谱产生. , 2009, 58(8): 5462-5466. doi: 10.7498/aps.58.5462
[13]	陈泳竹, 李玉忠, 徐文成. 色散平坦渐减光纤产生平坦超宽超连续谱的特性研究. , 2008, 57(12): 7693-7698. doi: 10.7498/aps.57.7693
[14]	刘卫华, 宋啸中, 王屹山, 刘红军, 赵卫, 刘雪明, 彭钦军, 许祖彦. 飞秒激光脉冲在高非线性光子晶体光纤中产生超连续谱的实验研究. , 2008, 57(2): 917-922. doi: 10.7498/aps.57.917
[15]	夏舸, 黄德修, 元秀华. 正常色散平坦光纤中皮秒抽运脉冲超连续谱的形成研究. , 2007, 56(4): 2212-2217. doi: 10.7498/aps.56.2212
[16]	陈泳竹, 李玉忠, 屈圭, 徐文成. 反常色散平坦光纤产生平坦宽带超连续谱的数值研究. , 2006, 55(2): 717-722. doi: 10.7498/aps.55.717
[17]	刘卫华, 王屹山, 刘红军, 段作梁, 赵卫, 李永放, 彭钦军, 许祖彦. 初始啁啾对飞秒脉冲在光子晶体光纤中超连续谱产生的影响. , 2006, 55(4): 1815-1820. doi: 10.7498/aps.55.1815
[18]	贾亚青, 闫培光, 吕可诚, 张铁群, 朱晓农. 高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲的传输特性和超连续谱产生机制的实验研究及模拟分析. , 2006, 55(4): 1809-1814. doi: 10.7498/aps.55.1809
[19]	李曙光, 冀玉领, 周桂耀, 侯蓝田, 王清月, 胡明列, 栗岩峰, 魏志义, 张　军, 刘晓东. 多孔微结构光纤中飞秒激光脉冲超连续谱的产生. , 2004, 53(2): 478-483. doi: 10.7498/aps.53.478
[20]	成纯富, 王晓方, 鲁波. 飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱产生. , 2004, 53(6): 1826-1830. doi: 10.7498/aps.53.1826

计量

文章访问数: 12690
PDF下载量: 38814
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板