为了在理论和实际中研制能够产生高效平坦宽带中红外超连续谱的光纤, 文章提出一种以三硒化二砷(As2Se3)为背景材料的微结构光纤,利用非线性薛定谔方程计算模拟了光纤的结构参数对色散、耗损与非线性特性的影响, 选取优化结构参数实现高非线性色散平坦全正常色散。采用该结构光纤对中超短脉冲的展宽机制进行分析, 研究了光纤长度、泵浦中心波长、峰值功率以及泵浦宽度等参数对超连续谱生成的影响, 并通过此光纤实现平坦中红外超连续谱的输出。搭建了实验平台, 选取优化的光纤长度和泵浦参数检测了飞秒激光脉冲在As2Se3微结构光纤中的传输过程和输出谱, 实验结果表明, 采用该结构光纤能够生成波长展宽为3~6 μm的高效平坦宽带中红外超连续谱, 此连续谱可应用在物质探测、生物化学、食品检测和环境分析等领域。

为解决传统拉曼放大器增益系数低和增益不平坦的问题, 采用级联光子晶体光纤的设计方法设计了一种增益平坦的拉曼光纤放大器.采用受激拉曼散射效应的稳态分析理论, 分析了光子晶体光纤的拉曼增益谱, 建立了拉曼放大器的理论模型.通过解耦合方程, 推导了实现增益平坦的约束条件, 发现光纤长度和泵浦功率是影响拉曼光纤放大器增益平坦度的两个参数.仿真结果表明, 在1 508~1 544 nm的带宽范围内, 实现了一个增益高达21 dB, 增益平坦度仅为0.14 dB的光子晶体拉曼光纤放大器, 可在光纤通信系统应用中发挥重要作用.

基于光纤中前向瞬态受激拉曼散射效应分析理论, 利用光子晶体的高非线性特性, 对光子晶体光纤拉曼波长转换进行了数值分析, 并建立了全光波长转换设计方案的理论模型, 给出了设计原理框图及实现方法。用OptiSystem对四路探测光进行波长转换仿真, 仿真结果表明: 所设计的全光波长转换器同时对四路探测光实现波长转换, 转换输出的信号光码型和输入泵浦信号光码型一致, 并且所得到的眼图线迹清晰, “眼睛”张开度良好。论证了该设计方案可行。

将钛宝石激光器产生的飞秒激光脉冲泵浦实验室自制的高非线性双折射光子晶体光纤,脉冲的中心波长为820 nm,位于光子晶体光纤的接近于零色散的反常色散区.实验结果表明：随着泵浦功率的增加,一阶孤子的中心波长发生了红移,同时产生的色散波的中心波长则发生蓝移进入可见光区.当泵浦功率达到0.45 W时,色散波与残余泵浦的输出功率比为42.67,色散波的带宽达到81 nm,而处于近红外波段的红移孤子带宽可达231 nm.利用高非线性光子晶体光纤产生近红外波段宽带孤子和可见区高效色敬波的实验对飞秒激光频率转换和光谱展宽具有很好的借鉴意义.

首先介绍了级联结构光纤参量放大器的工作原理, 即通过两种光纤色散补偿来平坦信号输出增益。其次推导出小信号近似下单泵浦级联光纤参量放大器的信号输出增益表达式, 并在此基础上利用Matlab软件对影响增益特性的各个参数进行数值分析。结果表明, 级联光纤参量放大器的峰值增益与增益带宽, 受到分段数、泵浦光功率、泵浦波长、色散补偿光纤(DCF)长度、高非线性光纤(HNLF)的零色散波长、HNLF长度、HNLF非线性系数和HNLF色散斜率的影响。

设计了一种新型的高非线性低损耗光子晶体光纤(PCF), 在1.55μm处可获得35.78W-1·km-1的高非线性系数, 损耗为2.5dB/km。提出了一种基于高非线性光子晶体光纤交叉相位调制的波长转换系统, 当泵浦光波长为1565nm、功率为0dBm, 信号光波长为1545nm、功率为10dBm, 滤波器波长为1565.2nm、带宽为0.1nm时, 得到最佳的波长转换效应。

基于全矢量有限元法，设计了一种新型零色散波长为1550 nm的高非线性双折射光子晶体光纤(PCF)，并分析了PCF的有效折射率、有效模面积、双折射、非线性系数以及色散特性。数值结果表明，当光纤包层孔间距Λ为1.6 μm，大空气孔直径d1为1.4 μm，小空气孔直径d2为0.74 μm和0.76 μm时，光纤的零色散波长都在1550 nm处，该PCF的双折射为4.049×10-3，非线性系数可达28.4 km-1·W-1。这种高非线性高双折射PCF，在1550 nm通信波段具有非常广泛的应用前景。

设计一个测量光纤磁光(MO)效应和四波混频(FWM)的实验平台，具有较好的偏振控制性能，可分别采用自制的电磁偏振控制器(EMPC)和载纤螺绕环磁控装置控制输入光信号的偏振态(SOPs)和非线性光纤磁光耦合系数。实验测量了光纤四波混频闲频光功率对输入信号光偏振态椭圆率的依赖曲线，结果与理论分析一致。在此基础上，开展了连续导波光的磁光四波混频实验，测量了外加磁场对光纤四波混频闲频光功率的影响。

利用数值方法求解广义非线性薛定谔方程,数值模拟了光脉冲在高非线性光子晶体光纤 正常色散区超连续谱产生的演化, 研究和分析了脉冲参数如峰值功率、脉冲宽度及初始频率啁啾对超连续谱形成的影响。结果表明,当脉冲峰值功率一定时, 随着传输距离增大,超连续谱随之愈宽,平坦度愈好;随着脉冲峰值功率逐渐增大,超连续谱随之更宽,平坦度有所劣化。相反, 脉冲宽度逐渐增大,超连续谱展宽范围减小,其平坦度也逐渐劣化;具有适当的正负啁啾脉冲,在高非线性光子晶体光纤传输中 获得了宽而平坦的超连续谱。

光纤中基于三阶(克尔)非线性效应的自发四波混频是制备量子关联光子对的有效方法之一。若采用商售高非线性光纤作为产生光子对的非线性介质，则有利于减小所需光纤的长度，从而缩小实验装置体积并降低对于抽运源的要求。利用脉冲光抽运20 m的高非线性光纤产生通讯波段的频率近简并关联光子对，研究了光纤的弱双折射特性对于光子对产生的影响。当抽运光沿高非线性光纤的偏振轴入射时，具有最大的光子对产生效率，且光子对绝大部分与抽运光偏振平行；抽运光沿与光纤偏振轴45°入射时，光子对的产生效率最小，约为最大值的80%。