超连续谱光源的发展动态及应用.PDFVIP

超连续谱光源的发展动态及应用 □曾 鹏 中国电子科技集团公司第34 研究所 摘 要：超连续谱光源（SC ）在光通信系统中有着重要的作用，和其他用于光纤通信的超 短脉冲光源相比，具有光谱平坦和高度相干等一些独特的优势。本文简要介绍了超连续谱光 源近年的发展概况及应用领域。 关键词：超连续谱光源；光纤非线性效应；超连续谱 前言 超连续谱光源（SC ）能在很大的谱宽范围内同时产生高重复频率的超短光脉冲，是DWDM 系统中极具潜力的光源。SC 光脉冲源和用于光纤通信的其它超短脉冲光源相比，具有如下 优点：(1)带宽大，利用光谱切片滤波技术可在百纳米级的连续光谱区内提取任意带宽的多 个中心波长，并且脉冲的带宽和形状由滤波器特性决定。(2)稳定性好，主要由泵浦光稳定 性和光滤波器特性决定，典型值是 1GHz/0C，为激光二极管的 1/10。(3)重复频率由泵浦光 源决定，可以产生高速率的载波信号。 1 发展动态 1970 年，R.R.Alfano 和 S.L.Shapiro 利用倍频锁模钕玻璃皮秒激光脉冲泵浦 BK7 光学玻璃， 首次获得 400～700nm 的 SC 谱，从此宣告了 SC 谱研究的开始。由于 SC 谱的形成是一个极 其复杂的非线性光学过程，当时并没有完善的理论解释，所以人们最初的研究主要是集中在 对 SC 谱形成机理的解释上。R.R.Alfano 和 S.L.Shapiro 等人提出 SC 谱的形成是一种四波混 频(FWM)过程。随之，N.Vloembergen 和 W.L.Smioth 等人通过研究发现自相位调制（SPM ） 效应和自聚焦效应是 SC 谱形成的主要原因。在前人基础上，J.T.Mamnassah 通过大量的实 验，发现 SC 谱的结构、形状和谱宽都显著的依赖于介质非线性折射率系数 n2 、泵浦脉冲形 状、波长、脉冲宽度、功率密度、相位调制和介质的有效长度。 上世纪 70 年代中期超低损耗单模光纤的研发成功，使得光纤中的非线性效应开始变得显著 起来，在光纤中产生超连续谱成为可能。由于光纤波导的长度可以灵活控制，所需泵浦光功 率低，人们逐渐将目光投向了光纤波导中的 SC 谱研究，并取得了辉煌的成果：1978 年观察 到了光纤中的 SC 现象；1989 年，M.N.Islam 等人首次在光纤中获得宽带孤子脉冲；1992 年 B.Gross 和 J.T.Mamnassah 对光纤负色散区 SC 谱的形成进行了比较系统的理论研究；1994 年，日本 NIT 的 T.Morioka 等人利用 6.3GHz 主动锁模惨饵光纤环形激光器产生的 3.3ps 超 短脉冲泵浦色散位移光纤(DSF)获得谱宽达 200nm 的 SC 谱，进一步采用光学带通滤波器首 次获得脉宽小于 4ps 的用于DWDM 系统的 SC 脉冲；1997 年，K.Mori 等人利用 GVD 与波 长的二次幂函数关系成功实现了在色散平坦渐减光纤(DFDF) 中产生近200nm 的平坦SC 谱。 研究表明，光纤 GVD 与波长满足二次幂函数关系且沿着光纤长度 GVD 值呈线性递减时， 有利于平坦、宽带 SC 谱的形成。1998 年，H.Sotobayashi 和 K.Kitayama 成功利用常规负色 散光纤和正色散平坦光纤级联组合实验获得谱宽达 325nm 的 SC 谱。1999 年，G.A.Nowak 等人报道在短距离常规色散位移光纤（DSF ）光纤中产生稳定的 SC 谱。2000 年，T.A.Birks 等人报道在锥形光纤中得到谱宽达 1175nm 的超宽 SC 谱。2003 年，Arnaud Mussot 等人利 用亚纳秒 YAG 激光器在常规色散位移光纤的试验中产生了 1100nm 的超宽超连续谱，将常 规光纤中超连续谱的研究推向及至。 最近几年，高非线性光纤(HNLF)和光子晶体光纤(PCF)在超连续谱产生的研究中引起了人们 的广泛关注。高非线性光纤是一种具有较小有效纤芯面积，掺锗的石英光纤。通常它的模场 直径小于 5 m，而普通单模光纤的约为 9 m 。因此这种光纤的非线性系数一般为 8～25/W.km， 比普通光纤的 2～3/W.km 要高好几倍，从而更容易产生各种非线性效应。另外由于它的零 色散点在 1550nm 附近，用它产生光通信波段的超连续谱具有特别的优势。2003 年， J.W.Nicholson 等报道利用按色散逐渐减小的顺序连接的四段高非线性光纤产