摘要
本文簡要介紹了國內光子晶體光纖在各類超連續光纖光源、高平均波長穩定超輻射光纖光源以及超快高能量光纖激光器中的最新發展、應用以及今后的趨勢。
簡介
作為具有全新導光機理的新一代光纖，光子晶體光纖自從90年代中期被提出和成功演示以來，一直是人們關注的一個熱點。隨著加工工藝的提高和趨于成熟，光子晶體光纖已經被廣泛的應用在光纖通訊、光纖傳感及光纖激光器等幾個重要應用領域。雖然目前光子晶體光纖的工作大部分集中在科研層面，但是仍憑借著其奇異易調控的色散、高低可控非線性系數、高雙折射及無截止單模等優良的特性，光子晶體光纖在很多領域展現了巨大的應用潛力，尤其是在各類光纖光源中的應用，其中利用光子晶體光纖產生超連續以及高能量超快光纖激光器等應用已經進入商業化生產階段。本文分別介紹光子晶體光纖在超連續光源、光纖陀螺光源、高能量超快光纖激光器以及光頻梳等領域的最新的發展和應用情況。
Ⅰ 在各類超連續光源中的應用
超連續譜是指強短光脈沖通過非線性介質時，由非線性效應與光纖群速度色散的共同作用而使脈沖頻譜展寬的一種現象。利用超連續效應而制作的寬帶光源在光學器件特性研究、相干光成像、微觀成像、光譜學以及生物、軍事光電對抗等領域展示出了巨大的應用潛力。自從20世紀70年代以來，人們一直致力于研究超連續產生機理以及為獲得寬帶寬、超平坦、高功率的超連續光源而投入了大量的研發資源。初期人們主要是利用晶體或傳統的光纖來產生超連續，由于作用物質的色散條件與非線性性質難以得到很好的匹配，并沒有取得實質性突破。到了90年代后期，光子晶體光纖的誕生【1】掀起了新一輪的超連續研究的熱潮。光子晶體光纖繼承了光纖的傳統優點，并有其獨特的性質，包括無截止波長的單模傳輸性質、大范圍可調的色散特性以及高度的非線性，使得它成為產生超連續光譜最理想的介質。
21世紀初，英國Bath大學研究人員率先制造出性能優異的光子晶體光纖，在其推動下，超平坦，超寬帶（400nm-2000nm以上）的超連續光譜產生取得重大進展【2】，參見圖1。2005年德國科學家Hänsch教授獲得了諾貝爾物理學獎，其中應用到的一個核心技術就是Bath大學研究者們提供的光子晶體光纖超連續光源【3】。近年來，利用拉錐【4】以及高占空比【5】的光子晶體光纖產生純白（克服藍紫光成分較弱的問題）的超連續等也得到更深入的研究。在可見光短波長方面，利用幾個厘米長的拉錐光纖而產生可見光的超連續已見報道【6】。在中紅外長波方面，人們也把興趣發展到高非線性的軟玻璃材料制作的光子晶體光纖上，比如碲玻璃光子晶體光纖，并把超連續的長波邊擴展到中紅波段（5微米以上）【7】，以供生物指紋、天文以及軍事等方面的應用需求。與此同時，超連續光源的商業化產品也嶄露頭腳，并在各個領域開始積極推廣（比如英國Fianium公司的產品就是利用光子晶體光纖實現超連續光源）。
圖1 利用光子晶體光纖產生的超連續光源（從400－2000nm波長范圍）（a）實驗裝置 （b）超連續光譜圖及所用光纖和近場光斑。
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