用于改进的超连续谱产生的系统、方法和结构技术方案

本发明专利技术方面描述了基于沿波导长度交替光学色散的改进的超连续谱产生，与传统的现有技术相比，其可以有利地产生更多的频谱带宽，而不会失去相干性并支持更大范围的脉冲能量(即，用于低于传统允许的脉冲能量或高脉冲能量)。量)。量)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改进的超连续谱产生的系统、方法和结构


[0001]本专利技术大体上涉及用于改进的超连续谱产生(SCG)的系统、方法和结构。

技术介绍

[0002]超连续谱产生为一种将激光转换为具有宽光谱带宽，即低时间相干性和超宽连续光谱的光的过程，其引起了人们极大的兴趣，因为这种超连续谱源可用于目前的多种重要应用中，如医疗诊断、环境检测/分析、光检测和测距(LiDAR)、以及例如通过频率梳的光通信等。
[0003]考虑到超连续谱产生对这些应用的实用性、重要性和必要性，用于改进的超连续谱产生的系统、方法和结构发展成为一个受欢迎的技术。

技术实现思路

[0004]相对于现有技术，根据本专利技术方面的用于改进的超连续谱产生的系统、方法和结构取得了进步，其在非线性产生期间、之前或之后有利且重复地重塑脉冲，使得脉冲能保持理想的时间形状以用于增强的光谱产生。
[0005]有利地，通过使用本专利技术的系统、方法和结构，SCG的光谱带宽远大于本领域中现有技术所能实现的光谱带宽，同时还可保持产生时的相干性。
[0006]与现有技术不同的是，本专利技术不是沿传播长度保持空间均匀或锥形波导色散。根据本专利技术方面的系统、方法和结构通过改变(交替)正常色散波导段和反常色散波导段，从而交替一段波导的色散。
[0007]通过设置具有适当长度分布的由这种交替段组成的链，根据本专利技术的系统、方法和结构可有利地施加交替的时间聚焦和散焦，从而避免孤子形成、光谱变窄以及峰值强度损失，同时自相位调制增加了光谱带宽，而不会产生不期望的光谱钳制。
附图说明
[0008]参考附图以更全面地理解本专利技术，其中：
[0009]图1(A)示出了根据本专利技术方面的，在通用波导(例如，集成或光纤波导)中的超连续谱产生的示意图，其中该通用波导具有由正常色散(ND)段和反常色散(AD)段交替形成的链。
[0010]图1(B)示出了能量密度谱的展宽与通过由AD段和ND段形成的链进行传播的关系图，通过根据本专利技术方面的当仅存在一阶和二阶色散时，针对变换限制高斯输入脉冲的示例计算得到。
[0011]图1(C)示出了图1(B)中的示例脉冲的时间形状，通过根据本专利技术方面的考虑二阶色散时，在行进坐标系与传播坐标系中计算得到。
[0012]图2(A)示出了沿ND SCG链传播方向的各个ND段中的光谱展开，与不存在色散但存在非线性的仅有ND波导的等效长度情况中的光谱展开，以及与具有色散和非线性的仅有连
续长度的ND材料的等效长度情况中的光谱展开的对比图。需要注意的是，根据本专利技术方面的，认为所选择的色散在阶跃折射率光纤的标准范围内，因此是不可忽略的。
[0013]图2(B)为根据本专利技术方面的，后续ND段之间的带宽增加率的下界计算的示意图。
[0014]图2(C)示出了各个ND段结束处的带宽增加率(相对于前一段)的示意图，其中示出了根据本专利技术方面的下界计算，以及在各个渐进ND段的起始处的非线性与色散长度之比。
[0015]图3示出了根据本专利技术方面的，用于超连续谱产生的实验设置的示意图。
[0016]图4示出了二阶色散与实验用的AD和ND光纤段的波长的关系图，其中垂直虚线表示根据本专利技术方面的AD段的零色散波长(1.31μm)和ND段的零色散波长(1.83μm)。
[0017]图5示出了从分段链光纤波导中的超连续谱产生中获得的测量功率谱的示意图，其中，根据本专利技术方面的，显示了使用相同长度的正常色散(ND)光纤、反常色散(AD)光纤和相同的脉冲输入参数获得的测量光谱，以及数值模拟值，以用于对比。
[0018]图6(A)示出了根据本专利技术方面的，相对光谱能量密度(dB)与在链中各个ND段后测量到的输出光谱的波长(μm)的关系图。
[0019]图6(B)示出了相对脉冲强度(颜色编码)和时间形状(Fs)与传播距离(cm)，以及与时间(fs)的关系图，其中根据本专利技术方面的，时间坐标是在以群速度移动的帧中获得。
[0020]图7(A)——图7(E)为根据本专利技术方面的，提供光脉冲的SCG的说明性波导配置的示意图，可在采用现代工艺和材料的集成波导结构中有利地和说明性地实现，其中：图7(A)是第一种情况的说明性配置；图7(B)是第二种情况的说明性配置；图7(C)为第三种情况说明性配置；图7(D)显示了波导结构的说明性参数；示出了根据本专利技术方面的，相对光谱能量密度(dB)与在链中各个ND段后测量到的输出光谱的波长(μm)的关系图；以及图7(E)示出了说明性波导的横截面图——均根据本专利技术方面。
[0021]通过附图和具体实施方式更全面地描述了说明性实施例。然而，根据本专利技术的实施例可以以不同形式体现，且不限于附图和具体实施方式中描述的特定或说明性实施例。
具体实施方式
[0022]以下仅说明本专利技术的原理。可以理解的是，本领域技术人员能够设计出尽管在本文中没有明确地描述或示出，但是体现了本专利技术原理且被包含在本专利技术的精神和范围内的各种设置。
[0023]此外，本文中引用的所有示例和条件语言仅用于教学目的，以帮助读者理解本专利技术的原理和专利技术人为推动本领域进步所贡献的概念，且应被解释为不限于这些具体引用的示例和条件。
[0024]此外，本文中叙述本专利技术原理、方面和实施例及其具体示例的所有陈述旨在涵盖其结构和功能等效物。此外，此类等效物旨在包括当前已知的等效物以及将来开发的等效物，即，无论结构如何，所开发的执行相同功能的任何元件。
[0025]因此，例如，本领域技术人员将理解，本文中的任何框图仅表示体现本专利技术原理的说明性电路的概念视图。
[0026]除非本文另有明确规定，否则包括附图的图未按比例绘制。
[0027]正如本领域技术人员在理解本文的公开内容后将会理解的那样，本文提出了一种超连续谱产生的新方法，该方法改变了沿波导长度的色散的符号以及可能的形状和强度。
本文通过在标准阶跃折射率光纤中展示明显的带宽增强来演示本文的技术，该光纤包括由配置为色散在正常和反常之间重复交替的光纤段组成的链。正如本文所公开的，根据本专利技术，用于超连续谱产生的系统、方法和结构特别适用于集成光学超连续谱产生以及由这种进步产生的大量应用。
[0028]本文首先提到波导中的超连续谱产生(SCG)是非线性光学中最有趣的现象之一，因为其具有将宽光谱带宽与高相干性和功率效率结合的独特潜力。令人感兴趣和有利的是，取决于特定的光学材料、波导色散和所采用的泵浦激光波长，输出的光谱可能集中在中红外到紫外区域。
[0029]当代的SCG涉及光纤中的单程非线性转换，通常提供负(异常)群速度色散，也可能提供正(正常)群速度色散。近来，在集成光波导中也产生了SC。在某些谐振系统中，相同的潜在现象构成了宽带频率梳产生(克尔梳产生)的基础。在上述各种情况中，当在微波光子学、传感和精密计量等应用中使用时，需要实现具有大带宽和高相干性的输出。
[0030]然而，本领域技术人员可以理解的是，虽然SCG中的光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于超连续谱产生的波导结构，其特征在于：由正常色散(ND)波导段和反常色散(AD)波导段沿所述波导结构的长度组成的交替段。2.根据权利要求1所述的波导结构，其特征还在于：所述交替段被配置为使得横跨所述结构的光脉冲的光谱产生在所述ND段中实现，并且所述AD段中的光谱带宽增加相对于前一个ND段中的光谱带宽增加小于或等于10％。3.根据权利要求2所述的波导结构，其特征还在于：不存在所述光脉冲的光谱钳制。4.根据权利要求1所述的波导结构，其特征还在于：所述交替段被配置为使得横跨所述结构的光脉冲的光谱产生在所述AD段中实现，并且所述ND段中的光谱带宽增加相对于前一个AD段中的光谱带宽增加小于或等于10％。5.根据权利要求4所述的波导结构，其特征还在于：不存在所述光脉冲的光谱钳制。6.根据权利要求1的波导结构，其特征还在于：所述交替段被配置为使得横穿所述结构的光脉冲的超连续谱产生在AD段和ND段中都实现，其中，所述脉冲在其中一种段类型中在时间上被压缩而在另一种段类型中在时间上被扩展，两种段类型中都不存在光谱钳制，以及相邻的AD段和ND段中的光谱带宽增加均大于10％。7.根据权利要求1所述的波导结构，其特征还在于：所述段的长度是非周期性的，使得所述交替段的长度在所述波导结构的长度的一部分上不重复。8.根据权利要求1所述的波导结构，其特征还在于：所述段的长度是周期性的，使得所述交替段的长度在所述波导结构的每个ND段和AD段重复。9.根据权利要求2所述的波导结构，其特征还在于：其中，t
o
是施加在所述AD段或所述ND段输入端的光脉冲的变换极限脉冲持续时间(半峰全宽强度)；P
o
是输入峰值功率；是非线性系数，其中，k
o
是自由空间波数，n2是克尔非线性折射率，A
eff
是中心频率段内的有效模式面积；以及β2是所述AD段色散系数或所述ND段色散系数。10.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，所述交替波导段包括光纤。11.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，所述交替波导段包括集成的平面光波导结构。12.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：特温特大学，
类型：发明
国别省市：