利用正常色散微結(jié)構(gòu)光纖產(chǎn)生平坦的超連續(xù)譜

1、光電子激光第18卷第8期2007年8月JournalofOptoelectronicsVol.18No.8Aug.2007Laser光電子器件和系統(tǒng)利用正常色散微結(jié)構(gòu)光纖產(chǎn)生平坦的超連續(xù)譜徐永釗33,任曉敏,王子南,張霞,黃永清(北京郵電大學(xué)光通信與光波技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100876)33摘要:利用1.7ps、中心波長為1565nm和重復(fù)率為10GHz光脈沖入射到80m具有小正常色散的色散平坦高非線性微結(jié)構(gòu)光纖(HNL2MF)中,在通信波段獲得平坦展寬超過100nm的超連續(xù)譜。除了在泵浦波長附近幾nm波長范圍內(nèi)具有小的譜峰外,超連續(xù)譜在15121612nm內(nèi)具有±3dB的平坦

2、度。同時(shí)研究了不同泵浦波長情況下超連續(xù)譜產(chǎn)生的情形,由于不同泵浦波長處光纖的色散斜率不同,因此對超連續(xù)譜對稱性產(chǎn)生一定的影響,色散斜率越小,產(chǎn)生的譜的對稱性也越好。關(guān)鍵詞:微結(jié)構(gòu)光纖(MF);光子晶體光纖(PCF);超連續(xù)譜;自相位調(diào)制(SPM)中圖分類號:TN253文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:100520086(2007)0820889204FlatSupercontinuumGenerationinaMicrostructureFiberwithNormalXUYong2zhao33,RENXiao2min,WANGZi2nan,G,(KeyLaboratoryofOpticalCommuni

3、cationandLightwaveTUniversi2tyofPostsandTelecommunications,Beijing100876Abstract:Aflatintheisgeneratedbyinjecting1565nm,1.7ps,10GHzm2dispersion2flattenedhighlynonlinearmicrostructurefiberwithsmallnormalrangingfrom1512to1612nmhastheflatnessof±3dB,exceptthatwithinseveralaroundthepumpwavelengthasm

4、allspectralpeakisresidual.Furthermore,thesupercontinuumgenerationatdifferentpumpwavelengthisalsostudied.Theresultsshowthatthesymmetriesofthegeneratedsupercontin2uumspectraareaffectedbythedispersionslopeofthefiber.Thesmallerthedispersionslopeatthepumpwavelengthisthemoresymmetricalisthegeneratedsuperc

5、ontinuumspectrum.Keywords:microstructurefiber(MF);photoniccrystalfiber(PCF);supercontinuum;self2phasemodulation(SPM)1引言微結(jié)構(gòu)光纖(MF)又稱為光子晶體光纖(PCF)或多孔光纖,作為新型光纖,其理論與應(yīng)用受到廣泛的關(guān)注15。具有高非線性(HNL)系數(shù)和適當(dāng)色散條件的MF已被證實(shí)是產(chǎn)生超連續(xù)譜的優(yōu)良介質(zhì),用這類光纖可以在整個(gè)可見光區(qū)甚至近紅外區(qū)產(chǎn)生超連續(xù)譜,因此近年對用HNL2MF產(chǎn)生超連續(xù)譜進(jìn)行了深入的研究610。對于超連續(xù)光譜光源,光譜的寬度和平坦度是衡量光譜質(zhì)量的2個(gè)重要因

6、素,特別是對于波分復(fù)用(WDM)光通信系統(tǒng),它要求在很寬的光通信波段范圍提供功率均衡的多波長載波信道。而獲得寬帶平坦的超連續(xù)譜不僅能滿足WDM的帶寬要求,又減少了功率均衡的技術(shù)難度,因此很有吸引力。為了產(chǎn)生寬帶平坦的超連續(xù)譜,光纖的色散特征和抽運(yùn)條件都必須滿足一定的要求1113,而MF技術(shù)的發(fā)展,為選擇合適的超連續(xù)譜光纖提供了很好的選擇。我們的理論研究結(jié)果表明13,使用具有小的正常色散的光纖和選擇合適的抽運(yùn)條件可以產(chǎn)生平坦的超連續(xù)譜。本文利用重復(fù)率為10GHz的皮秒脈沖和80m具有小正常色散的色散平坦HNL2MF,在通信波段獲得平坦展寬超過100nm的超連續(xù)譜。2實(shí)驗(yàn)裝置使用80m色散平坦HN

7、L2MF,其中央由三重對稱的3個(gè)纖芯構(gòu)成光纖的混合纖芯,每個(gè)芯的直徑約為2.1m,纖芯外是六角型規(guī)則排列的空氣孔,圖1為光纖的橫截面圖。光纖的非線性系數(shù)為11W-1km-1,其色散曲線位于正常色散區(qū),且具有較小的正常色散值,在15101620nm波長內(nèi),光纖的色3收稿日期:20062092203基金項(xiàng)目:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”資助項(xiàng)目(2003CB314906);教育部科學(xué)技術(shù)研究重大項(xiàng)目基金資助項(xiàng)目(104046);北京市教育委員會共建資助項(xiàng)目(XK100130437)33E2mail:xyzlaser890光電子激光-1-1散在-1.70.0psnmkm間。光纖具有平坦的色散特

8、性,在15001650nm波長內(nèi),色散量的變化小于1.5psnm-1km-1。圖2為光纖的色散曲線。在15101620nm波長內(nèi),光纖的損耗小于9dBkm-1。為了便于與常規(guī)光纖連接和有利于光功率耦合進(jìn)光纖,HNL2MF的兩端分別接2段1m過渡光纖。光纖總損耗大于4dB。輸入到功率計(jì),另外5%的光功率輸入到光譜分析儀(ANDO2AQ6319),分別測量輸出功率和輸出光譜。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析圖4為激光器輸出的初始光譜以及輸入到HNL2MF的平均功率分別為30.75、33.62和35.56dBm時(shí)輸出的光譜。測量時(shí),光譜儀的分辨率被設(shè)定為0.5nm。在光纖的正常色散區(qū),自相位調(diào)制(SPM)效應(yīng)對光譜

9、的展寬起主要作用。由圖可見,隨著輸入功率的增加,光譜同時(shí)往短波長和長波長方向逐漸近似對稱地展寬,入射功率越高,光譜展寬也越寬。光譜展寬過程中,在整個(gè)光譜的頂部伴隨著一系列的振蕩小峰,且最外層峰的強(qiáng)度最大。在泵浦波長的兩側(cè),光譜中小峰的數(shù)目相等。這些小峰是由于脈沖內(nèi)部相同頻率的光譜成分相互干涉造成的。隨入射功率的增加和光譜的展寬,小峰的振蕩幅度逐漸減小,最后可以獲得較為平坦的超連續(xù)譜。當(dāng)輸入功率為35.56dBm時(shí),超連續(xù)譜平坦展寬超過100nm,除了在泵浦波長附近幾nm波長范圍內(nèi)具有小的譜峰外,在15101620nm內(nèi),光譜具有±3dB的平坦度。通過濾波,該超連續(xù)譜可以提供重復(fù)率為1

10、0GHz的多波長載波信道。WDM與輸入功30.75、33.62和25.75、28.56和30.58dBm,損耗dB。這些損耗主要由于MF和常規(guī)光纖的連接欠佳,使得光纖總的損耗大為增加。因此,提高M(jìn)F和常規(guī)光纖的連接質(zhì)量,并減小光纖自身的損耗,可以使產(chǎn)生相同譜寬的超連續(xù)譜所需要的輸入功率大為降低。此外,采用更長光纖長度和選擇更窄的抽運(yùn)脈沖,均可以用更低的輸入功率產(chǎn)生譜寬相同的超連續(xù)譜。圖1HNL2MF的截面的顯微圖Fig.1ThemicrographofthecrosssectionofHNL2MF實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。采用鎖模,光器輸出重復(fù)率為101寬為1.7ps的脈沖,-。皮秒脈沖經(jīng)隔Er3+

11、光纖放大器(EDFA)放大,然后再輸入到HNL2MF。在光纖的輸出端,光束被功分比為595的分束器分為2部分,其中95%的光功率891圖5(a)泵浦波長為1550nm、泵浦功率為35.55dBm和(b)泵浦波長為1542nm、泵浦功率為34.82dBm時(shí)產(chǎn)生的超連續(xù)譜Fig.5Thegeneratedsupercontinuaat1550nmpumpwavelengthwith35.55dBmpumppower(a)andat1542nmpumpwavelengthwith34.82dBmpumppower(b)4圖4(a)激光器輸出的光譜以及輸入HNL2分別為(b)30.75dBm、(和(d

12、)Fig.4Thelaserectrum(a)andtheoutputspectraat30.75dBm(b),33.62dBm(c)and35.56dBm(d)pumppowerintotheHNL2MF可以注意到,由于泵浦波長處光纖的色散斜率較小,因此在光譜展寬的過程中三階群速度色散的影響較小,光譜展寬過程的對稱性也較好。由圖2光纖的色散曲線可以觀察到,如果泵浦波長往短波長方向移動,色散斜率將增加,產(chǎn)生的光譜的對稱性將變差。圖5是泵浦波長分別為1550和1542nm、泵浦功率分別為35.55和34.82dBm時(shí)產(chǎn)生的超連續(xù)譜。由圖可見,泵浦波長往短波長方向移動,由于色散斜率增大,三階群速度

13、色散的影響增強(qiáng),產(chǎn)生的超連續(xù)譜的對稱性變差。因此,為了產(chǎn)生對稱的超連續(xù)譜,可以將泵浦波長選擇在光纖色散曲線具有頂點(diǎn)的波長處,因?yàn)樵谠撎幑饫w色散曲線的斜率為零,將LD作為泵浦光源,產(chǎn)生1.7ps、中心波長為nm和重復(fù)率為10GHz的光脈沖,通過80m具有小正常色散的色散平坦HNL2MF,在通信波段獲得了譜寬平坦展寬超過100nm的超連續(xù)譜。除了在泵浦波長附近幾nm波長范圍內(nèi)具有小的譜峰外,超連續(xù)譜在15121620nm內(nèi)具有±3dB的平坦度。在光譜展寬過程中,SPM效應(yīng)起主要的作用,輸入功率越高,產(chǎn)生的光譜越寬。通過減小光纖總的損耗、采用更長的光纖長度以及選擇更窄的抽運(yùn)脈沖,均可以用較

14、低的輸入功率產(chǎn)生譜寬相同的超連續(xù)譜。泵浦波長不同,由于光纖的色散斜率不同,因此對超連續(xù)譜的對稱性有一定的影響,泵浦波長處的色散斜率越小,產(chǎn)生的超連續(xù)譜的對稱性越好。參考文獻(xiàn):1KuhlmeyBT,McPhedranRC,SterkeCM.Blochmethodforthea2nalysisofmodesinmicrostructuredopticalfibersJ.OptExpress,2004,12(8):176921774.2ZHANGXia,YANGGuang2qiang,HUANGYong2qing,etal.Resear2chesonall2opticalwavelengthconv

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