基于挤压技术制备新型七芯光纤。首先通过蒸馏纯化工艺和传统熔融淬冷法制备了As₂Se₃和As₂S₃两种玻璃,采用改进的分离式挤压法制备了光纤预制棒,并结合聚合物层的高温涂覆保护获得了结构完整的新型七芯硫系玻璃光纤,该光纤的数值孔径分布范围高达1.20~1.45。采用截断法测试了该光纤的损耗,最低损耗约为1.9 dB/m@4.4 μm,最后将飞秒激光结合光参量放大器(OPA)作为泵浦源测试了该光纤的非线性性能,在14 cm长的七芯光纤中获得了谱宽范围为1.5~12 μm的超连续谱输出。结果表明,该七芯硫系光纤具有良好的非线性性能,在中红外光学领域具有重要的应用价值和研究意义。

硫系玻璃具有超宽的红外光谱透过范围、极高的线性和非线性折射率,已成为目前唯一能产生中远红外超连续(SC)谱输出的光纤基质材料, 近三年来国际上在此领域取得了系列重要进展。从硫系阶跃型光纤、微结构光纤和拉锥光纤中的红外超连续谱输出以及光谱相干性、全光纤化SC光源等几个方面综述了硫系玻璃光纤的最新研究进展。

软玻璃光纤在中红外超连续谱的产生方面有广泛的应用，是目前研究的热点。综述了氟化物光纤、碲酸盐光纤以及硫化物光纤中产生中红外超连续谱的研究进展。在氟化物光纤中产生了目前最高功率的中红外超连续谱；碲酸盐光纤特别是微结构碲酸盐光纤在中红外超连续谱中的应用十分广泛；在硫化物光纤中产生了目前最宽的中红外超连续谱。

采用数值模拟研究了飞秒脉冲在悬吊芯As2S3微结构光纤中传输时, 抽运波长对中红外超连续谱产生的影响。通过分步傅里叶算法数值求解广义非线性薛定谔方程, 对不同抽运波长的飞秒脉冲在悬吊芯As2S3微结构光纤中传输时的传输特性及演化过程进行分析。模拟结果表明, 当抽运波长为2300 nm时, 处于光纤的反常色散区且近零色散波长, 可获得宽带且平坦的中红外超连续谱, 光谱范围覆盖1.2~7 μm; 当抽运波长为2500 nm时, 处于光纤的反常色散区且远离零色散波长, 可获得超宽带中红外超连续谱, 光谱范围覆盖1.2~7.5 μm, 但其平坦度略差。该结果对产生中红外超连续谱时选择合适的激光抽运波长, 进而优化中红外超连续谱具有重要的参考价值。

基于数值模拟方法研究了弯曲效应对ZBLAN 光纤中红外超连续光谱产生的影响。利用有限元方法分析了宏观弯曲效应对不同数值孔径ZBLAN 光纤的限制损耗、色散和非线性特性的影响，计算出ZBLAN 光纤的弯曲截止波长，基于广义非线性薛定谔方程模拟了ZBLAN 光纤中红外超连续谱产生的演化过程。研究发现，在未发生弯曲的情况下，非线性系数在中红外波段迅速下降会限制低数值孔径ZBLAN 光纤中的光谱展宽；在发生弯曲时，当孤子中心频率接近弯曲损耗边界时，孤子自频移效应被抑制，光谱展宽停止。

利用在中红外波段具有低损耗的ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)氟化物单模光纤搭建了全光纤结构的超连续谱光源，将超连续谱在长波方向扩展到中红外波段。系统以波长为1550 nm的纳秒脉冲半导体激光器作为种子源，采用主振荡功率放大结构实现了级联超连续谱产生。在前级超连续谱产生中将光谱预展宽到2.6 μm，再经掺铥双包层光纤放大器放大位于铥离子增益带宽内的光谱分量，最后抽运10 m长的ZBLAN单模光纤，在光纤色散和非线性效应的作用下，获得了光谱覆盖1.9~4.3 μm范围的中红外超连续谱输出，平均功率为185 mW。

对2 μm波段脉冲激光泵浦碲化物光子晶体光纤产生中红外超连续谱进行了数值研究。通过材料的拉曼增益谱间接求得了对应的拉曼响应函数；由光子晶体光纤的材料折射率和波导结构，通过COMSOL软件获得了碲化物光子晶体光纤中基模等效折射率，计算了相应的色散曲线和限制损耗；利用自适应的分步傅里叶算法，模拟了中心波长为1.96 μm、峰值功率为20 kW的50 fs脉冲光泵浦碲化物光子晶体光纤时超连续谱的产生，当光纤长度为6 cm时，产生的中红外超连续谱波长范围为1.0~4.5 μm。

采用微结构硫化物光纤，以非线性薛定谔方程(NLSE)为理论模型，利用分步傅里叶计算方法，研究了输入脉冲的中心频率和脉宽对中红外超连续谱(SC)的影响。采用的微结构硫化物光纤具有较高的非线性效应和两个零色散波长(ZDW)，且第二个零色散波在中红外波段，有利于中红外超连续谱的产生。通过仿真发现，输入脉冲的中心频率和脉宽对连续谱的产生都有很大影响。数值仿真中，输入具有不同频率和脉宽的脉冲，输入波长接近零色散点时较远离色散点时产生的中红外超连续谱要宽。而且，在保持峰值功率不变的情况下，脉宽对频谱展宽程度没有影响，但是较短脉冲产生的中红外超连续谱更为平坦。

提出并设计了一种适合低阈值中红外超连续谱产生的新型微结构光纤。采用多极法对光纤的传输常数和模场分布进行计算。计算结果表明，光纤在中红外波段具有极高的非线性系数、平坦的色散曲线、极低的模式限制损耗以及良好的单模传输特性，在2.2 μm和3.32 μm处分别有一个零色散点。采用分步傅里叶的数值模拟方法，研究了光纤中超连续谱的产生。通过合理调节抽运脉冲的波长、脉宽和峰值功率，发现在2.5 μm处抽运脉宽为100 fs，峰值功率为100 W的脉冲，通过0.1 m长的光纤后，能产生1.5～5.5 μm波段的中红外超连续谱，而单个抽运脉冲能量只有10 pJ。孤子自频移和色散波放大是光纤中超连续谱产生的主要原因。

利用数值方法求解了广义非线性薛定谔方程，分析了中红外超连续谱在两级光纤中的产生机制。模拟结果表明，自相位调制、受激拉曼散射和色散波放大使频谱在带两个零色散波长的高非线性SF57光子晶体光纤（PCF）中得到了极大的展宽。在较短的SF57-PCF中，获得了3 dB功率谱覆盖范围为1800~3500 nm的高带宽、平坦度好的中红外超连续谱。而且，超连续谱的长波长边沿随着抽运脉冲峰值功率的增大而进一步展宽。