飞秒光学频率梳在精密计量学和光谱学中扮演着革命性的推动角色, 成为近二十年超短脉冲激光技术及应用研究领域最活跃的前沿方向之一。文中基于250 MHz重复频率(frep)的掺镱(Yb)光纤激光器, 研究了不同腔内色散以及锁模机制对飞秒脉冲序列载波包络相位偏移频率(fCEO)噪声的影响。通过对飞秒光梳细节的优化, 得到了49 dB信噪比的fCEO拍频信号并获得了秒稳3.2×10-10的锁定结果, 同时frep的锁定结果也达到了到了秒稳3.4×10-13的精度。此外文中还研究了不同啁啾状态的种子光飞秒脉冲对基于大模场面积双包层Yb光子晶体光纤放大器输出光脉冲宽度的影响。以携带-3.8×104 fs2预啁啾量的光脉冲作为种子光, 在60 W 976 nm半导体激光泵浦下, 获得了250 MHz重复频率、23 W平均功率和66 fs压缩后脉冲宽度的激光输出。

采用两段级联单模光纤对高阶孤子脉冲进行压缩。两段光纤具有不同的反常色散值, 当高阶孤子脉冲在第一段光纤中获得最大程度压缩时, 通过转换色散值不同的光纤, 使压缩脉冲继续以高阶孤子的形式在第二段光纤中再次被压缩。每段光纤的长度都进行了优化, 使得脉冲在每段光纤中都获得最大程度的压缩。基于非线性薛定谔方程, 数值研究了初始啁啾对高阶孤子脉冲压缩的影响。研究结果表明, 初始啁啾对高阶孤子脉冲的压缩有重要影响。与无初始啁啾时的情形相比, 正的初始啁啾能增强每段光纤中脉冲的压缩效果, 降低压缩脉冲的基座能量, 而负初始啁啾的影响则相反。随着初始啁啾参量Cp的增大, 脉冲在每段光纤中的压缩因子均增加, 而基座能量、最优光纤长度均减小。

基于非线性薛定谔方程，数值研究了色散平坦渐减光纤中非线性啁啾脉冲的传输及超连续谱的产生。研究结果表明，初始啁啾对脉冲传输及超连续谱产生的影响与泵浦条件和光纤参量的选取有很大关系。当色散平坦渐减光纤具有小的归一化二次色散系数时，适当的正啁啾能显著增强超连续谱的带宽，而负啁啾和太大的正啁啾抑制超连续谱的带宽。能增强超连续谱带宽的正啁啾有一个较宽的范围，但随着输入脉冲孤子阶数的降低，该范围将变窄。当色散平坦渐减光纤具有大的归一化二次色散系数同时输入脉冲为低阶孤子时，初始啁啾对超连续谱带宽的增强效果不明显，初始啁啾接近为0时可产生最宽的超连续谱。

利用全矢量有限元法研究了单模光纤及光子晶体光纤中掺杂材料及浓度、光纤结构对去极化型声波导布里渊散射频移和散射效率的影响. 结果表明增大包层掺氟浓度或纤芯掺锗浓度均会减小光纤布里渊频移, 也会增大单模光纤散射效率. 光子晶体光纤中整体掺氟浓度不变时, 空气孔层数的增加会减小布里渊频移; 而纤芯掺锗浓度不变时, 随空气孔层数的增加TR2,3模式的布里渊频移增大, 而TR2,7模式的布里渊频移减小.

基于广义非线性薛定谔方程, 通过数值模拟研究了色散平坦渐减光纤中抽运残余成分的抑制.研究结果表明: 超连续谱的形状由输入孤子阶数N、归一化二次色散系数Δ2和归一化有效光纤长度ξ0决定.对于给定N和给定Δ2值的抽运脉冲, 超连续谱的形状依赖于ξ0.通过合适地选取ξ0, 抽运残余成分可以被有效地抑制并获光谱平坦度令人满意的超连续谱.为了获得参量ξ0的最优值, 引入了S因子评价超连续谱的波动.S因子值越小, 所产生的超连续谱越平坦.保持N和Δ2不变, 计算了ξ0取不同值时, 所产生的超连续谱的S因子.当S因子达到最小值时, 抽运残余成分被抑制到最大限度, 并获得最平坦的超连续谱, 相应的ξ0值即为归一化参量ξ0的最优值.计算了N在1.0~2.2范围内, ξ0的最优值.结果显示当N降低时, ξ0的最优值增大.为产生具有弱残余抽运成分的超连续谱, 抽运脉冲采用低阶孤子要优于高阶孤子.

利用改进的全矢量有效折射率方法结合耦合模理论和传输矩阵法,研究了高斯切趾和线性啁啾对光子晶体光纤光栅群时延的影响。结果表明: 随着高斯切趾系数的增大,群时延最大值先增后减, 即存在群时延最大的切趾系数。线性啁啾使得光栅群时延产生一段线性良好的区域, 而且啁啾系数的绝对值增大时,群时延的线性区域扩大。但是, 线性啁啾并不能使光栅在某一波段获得较小的群速度。高斯切趾可以有效调节最大群时延峰的带宽和高度, 是一种有效调节光栅群速度的方法。

数值求解了光子晶体光纤中的去极化型声波导布里渊散射色散方程, 研究了光子晶体光纤中的布里渊频移随泵浦波长及空气孔填充率的变化关系, 以及去极化型声波导布里渊散射频移随温度、应变、声波导模式、纤芯直径及空气孔层数的关系。结果表明: 布里渊频移随着波长的增大而线性减小。对于相同的波长点, 增大光子晶体光纤空气孔填充率时, 声波横向速度将会减小。去极化型声波导布里渊散射频移随温度及应变的增大而线性增加。同一温度条件下, 高阶TR2m模式的去极化型声波导布里渊散射频移对温度的变化更为敏感; 而在同一应变条件下, 低阶TR2m模式的去极化型声波导布里渊散射频移对应变的变化更为敏感。去极化型声波导布里渊散射频移随纤芯直径的增加而增大, 随空气孔层数的增加而减小。

为了提高受激布里渊散射慢光的延时和抑制脉冲展宽，通过四阶Runge-Kutta法和特征线法对基于光纤的受激布里渊散射耦合方程组进行数值求解，计算了斯托克斯脉冲边沿陡峭程度、功率、宽度对延迟时间以及脉冲展宽因子的影响，提出了在低频范围内适当提高斯托克斯脉冲的边沿陡峭程度, 可以优化延时和脉冲展宽因子的方法。该方法可以获得与高斯脉冲近似相等的延时和很小的脉冲展宽因子。基于波形能量差异的理论分析也证实了提高边沿陡峭程度对抑制脉冲展宽有明显的影响。

采用全矢量的方法，数值求解了内包层为左手材料，纤芯和外包层为常规材料的W型弱导双包层光纤的特征方程，分析了其模式分布、色散和时延特性。结果表明内包层为左手材料的双包层光纤具有许多不同于常规光纤的反常特性：单模传输模式只存在于特定的频率范围内；随着内包层负折射材料厚度的增加，同一模式同一频率下出现不同的传播常数；内包层厚度对单模的色散和群时延影响巨大，通过增大内包层厚度，可以达到-158000 ps/(nm·km)大负色散及极大的群时延。这些结果为设计新型色散补偿光纤及新型光纤器件提了供理论基础。

报道了利用光纤中的自相位调制(SPM)效应对微结构光纤的非线性系数进行测量的实验。实验中采用半导体激光器作为脉冲光源，输出宽度为1．6ps的双曲正割型脉冲，经掺铒光纤放大器(EDFA)放大后进入80m的色散平坦微结构光纤，由于自相位调制效应，出射光谱得到展宽。通过测量输入微结构光纤的脉冲峰值功率和输出光谱，可以计算得到微结构光纤的非线性系数。该测量方法简单、准确，实验测量值与光纤的标称值误差小于1%。