【摘 要】
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非线性频率转换通过光学介质的非线性效应获得新频率波段的输出光信号,其中三次谐波(Third Harmonic Generation,THG)能将已有光源转换为三倍频输出光。三次谐波转换的晶体方案发展比较成熟,其转换效率较高但入射条件相对严格;集成光波导方案的波导结构相对简单,但目前转换效率较低。微纳光纤(Microfiber,MF)因其倏逝场面积大、非线性系数高、光信号损耗低、便于接入光纤系统等优
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非线性频率转换通过光学介质的非线性效应获得新频率波段的输出光信号,其中三次谐波(Third Harmonic Generation,THG)能将已有光源转换为三倍频输出光。三次谐波转换的晶体方案发展比较成熟,其转换效率较高但入射条件相对严格;集成光波导方案的波导结构相对简单,但目前转换效率较低。微纳光纤(Microfiber,MF)因其倏逝场面积大、非线性系数高、光信号损耗低、便于接入光纤系统等优点而受到研究人员关注,利用微纳光纤的三阶非线性效应可进行三次谐波转换。要实现该方案的实际应用,则需要提高三次谐波的转换效率。本文详细研究了微纳光纤中三次谐波的产生,基于耦合模式方程组分析了影响输出转换效率的主要因素。在这个基础上,提出了一种微纳光纤和传导光纤级联的谐波增强方案,通过解析模型和数值模拟分析了该方案的谐波增强特性及主要影响因素。本文的研究结果为高效三次谐波转换技术提供了一种新颖的思路,具体研究内容有两部分:1、详细研究了微纳光纤中三次谐波产生的基本方案。建立了耦合模式方程组,并根据它分析了影响三次谐波转换效率的几个主要因素;系统地说明了微纳光纤相位匹配直径的设计方法;建立了描述微纳光纤随机粗糙度的高斯分布模型,并分析了随机粗糙度对三次谐波转换效率的影响;分析了泵浦功率对三次谐波转化效率的适应性调节作用,发现存在使三次谐波效率达到峰值的较佳泵浦功率。2、提出了一种利用级联微纳光纤的三次谐波增强方案。完成了该方案级联微纳光纤和传导光纤的主要参数设计;推导了描述级联结构三次谐波转换过程的解析模型;通过解析分析和数值模拟,分析并优化了影响级联结构三次谐波转换效率的主要因素;分析了级联结构对微纳光纤制备误差的宽容度;分析了泵浦光谱宽及微纳光纤过渡区域对级联结构三次谐波转换的影响;具体说明了实际中如何应用该级联结构进行三次谐波转换。理论结果显示,级联结构能够提高三次谐波转换效率,而且该结构对三次谐波过程的干涉增强作用对随机粗糙度不敏感,对微纳光纤制备误差宽容度较好。
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