[发明专利]一种光子晶体光纤、相干中红外超连续谱光源

说明书

本发明提供一种光子晶体光纤，包括砷化硒为基质材料的光子晶体光纤；光子晶体光纤的横截面上分布有若干空气孔；从光子晶体光纤内向外方向，空气孔呈六边形排列，并依次组成若干圈空气孔；其中，最内圈的空气孔填充有硫系化合物。本发明还涉及相干中红外超连续谱光源。本发明在近零平坦全正色散硫系玻璃光子晶体光纤中产生高相干度中红外超连续谱，解决了当下中红外超连续谱光源相干度较低的问题。本发明的相干中红外超连续谱光源，具有结构简单，输出光谱覆盖中红外波段，相干度高等特点，在光学相干断层扫描、频谱检测、非线性显微镜等领域有着不可估量的应用前景。

技术领域

本发明涉及于非线性光学领域，尤其涉及一种相干中红外超连续谱光源。

背景技术

高亮度且高相干度的超连续谱光源在非线性光谱学、光学相干断层扫描、光频率计量学等众多领域有着广泛的应用。当高强度泵浦光聚焦成非线性介质时，其光谱会被一系列非线性过程严重拓宽，包括孤子效应，自相位调制，交叉相位调制，调制不稳定性，拉曼散射和四波混频，创建一个比原始光波长更宽的光连续体，这个过程称为超连续谱生成。超连续谱从可见光、近红外到中红外波段的研究发展满足了许多实际需求；其中，中红外波段由于其处在大气透明窗口且覆盖众多重要分子谱线等特性，使中红外超连续谱成为了目前的研究热点。

基于石英光纤，尤其是石英光子晶体光纤的近红外超连续谱光源已经得到了广泛的研究，然而由于石英材料的声子能量高达1100cm^-1，在波长大于2.5μm时有着很大的吸收损耗，所以并不能用于中红外超连续谱光源。相比之下，硫系玻璃光纤的声子能量很低，透光范围高达2-16μm，且非线性系数更高，很适合产生中红外超连续谱。当前对超连续谱的研究大多都集中扩展光谱范围和提高平坦度等方面，而对于如何得到高相干度的超连续谱光源却研究的很少。大多数的基于光子晶体的超连续谱光源使用的超短脉冲相干种子源波长处于负色散区的零色散点附近，这导致光谱展宽主要由孤子效应决定。然而孤子效应受输入脉冲的波动影响很大，导致产生超连续谱相干度降低。因此，如何产生高相干度的中红外超连续谱光源成为了目前需要迫切解决的技术难点之一。

大多数超连续谱是通过用超快脉冲泵浦高度非线性光纤产生的，非线性光纤的色散特性在超连续谱产生中起着至关重要的作用；当非线性光纤在异常色散区域中以超快脉冲泵浦并接近零色散波长时，光谱展宽主要受孤子效应的影响，尤其是孤子裂变和随后的孤子自频移；该过程产生具有精细和复杂结构的光谱，其对泵浦脉冲波动非常敏感，导致从脉冲到脉冲的光谱结构的巨大差异。对许多脉冲求平均可以产生平滑和平坦的光谱，但是相位和强度波动将导致光谱相干性降低。为了提高相干性，泵浦脉冲应该处于正常色散区域并且接近零色散，其中孤子不能形成，并且光谱展宽由自相位调制支配，这保持了泵浦脉冲的相干性。但是，其可用带宽通常低于异常色散光纤的带宽。因此，有必要仔细设计光纤色散，以实现最大光谱带宽和完美的相干性。

发明内容

本发明的一个目的是扩宽从硫系化合物光子晶体光纤发射的光的带宽。

本发明的另一个目的是使用硫系化合物光子晶体光纤，它具有足够的光传输，足够的非线性和适当的色散，以扩大光信号的光谱宽度，从而使用较短长度的纤维可以实现高亮度和高相干性的中红外光源。

本发明的另一个目的是设计光学高非线性玻璃光纤，以便用全正色散，色散值接近零，且色散平坦特性定制光纤色散，以优化相干性和带宽扩展。

本发明提供一种光子晶体光纤，包括砷化硒为基质材料的光子晶体光纤；所述光子晶体光纤的横截面上分布有若干空气孔；从所述光子晶体光纤内向外方向，所述空气孔呈六边形排列，并依次组成若干圈空气孔；其中，最内圈的所述空气孔填充有硫系化合物。

优选地，所述硫系化合物为五硫化二砷。

优选地，任意两相邻所述空气孔的间距相等。

优选地，所述空气孔的间距为2μm-4μm。

优选地，若干所述空气孔的直径相同。