基于光子晶體光纖的超短脈沖展寬器設(shè)計.pdf

1、高能激光器在國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)和科學(xué)研究等眾多領(lǐng)域有著非常重大的應(yīng)用,因此各種類型的高能激光器不斷涌現(xiàn)。常用高能激光器設(shè)計技術(shù)主要有啁啾脈沖放大技術(shù)(CPA)和光參量啁啾脈沖放大技術(shù)(OPCPA)。在這兩種技術(shù)中,對光脈沖進(jìn)行展寬和壓縮技術(shù)最為關(guān)鍵。本文理論分析了基于光子晶體光纖的超短脈沖展寬器設(shè)計。由于光子晶體光纖結(jié)構(gòu)可以靈活設(shè)計,通過改變空氣孔半徑、間距、介質(zhì)材料和空氣孔排列方式等可以獲得不同的色散值、非線性系數(shù)、雙折射和有效模場面

2、積等,為許多光功能器件提供了新的設(shè)計途徑。
　　 本文首先簡單介紹了光子晶體光纖和脈沖展寬器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,以及光子晶體光纖一些突出特性,如無限單模傳輸、色散可調(diào)節(jié)、高雙折射和有效模場面積可調(diào)等性質(zhì)。重點分析了矢量有效折射率分析模型,通過該理論模型分析了光子晶體光纖包層有效折射率的計算方法。通過計算推導(dǎo)出光子晶體光纖包層空間填充模的特征值方程,可以由二階、三階色散計算公式對應(yīng)的色散值。由包層空間填充模特征值方程計算出包層的有效

3、折射率,然后通過采用與折射率階躍光纖一樣的數(shù)值孔徑法求出光子晶體光纖的非線性系數(shù),并且分析了光子晶體光纖非線性系數(shù)與空氣孔半徑和間距的變化關(guān)系。
　　 本文以超短脈沖展寬器為設(shè)計目標(biāo),采用光子晶體光纖作為設(shè)計方案,可以對超短脈沖的10000倍以上展寬。通過對一般展寬器設(shè)計要求的分析,可以知道作為展寬器設(shè)計的光子晶體光纖在800nm波長處的二階色散值要高而且平坦。經(jīng)過理論計算后表明在光子晶體光纖空氣孔半徑等于0.265μm和空氣孔

4、間距等于1.27μm時,在800nm波長處存在平坦的二階色散值。該光子晶體光纖的二階色散約等于35.72 ps2／km,三階色散約等于0.0002 ps3／km以及非線性系數(shù)約等于36.4W-1·km-1,色散平坦寬度約為300nm。通過理論計算和分析得出結(jié)論:采用1000m長優(yōu)化設(shè)計的光子晶體光纖可以實現(xiàn)對超短光脈沖進(jìn)行展寬,展寬因子可以達(dá)到10000倍以上。由于光子晶體光纖的各種優(yōu)越特性,該展寬器設(shè)計方案將有一定的參考意義和現(xiàn)實意義