摘要
超连续光谱因其超宽的连续光谱范围、高度相干等特性，广泛应用于很多领域，成为光学相干层析技术的首选光源，可有效解决超高速率、超大容量组合复用型光纤传输系统的光源问题。光子晶体光纤以其周期性的包层结构、灵活调节的色散和高非线性等特性，在产生高品质超连续光谱的介质中具有独特优势，而少模光子晶体光纤的模式特性有利于产生更宽的超连续光谱，因此研究少模光子晶体光纤产生超连续光谱，具有重要的学术和应用价值。本文的主要研究如下： (1)阐述了超连续光谱的研究背景，介绍了影响超连续光谱产生的传输特性与非线性特性。结合麦克斯韦方程和亥姆霍兹，推导出单模非线性薛定谔方程。并推广到少模非线性薛定谔方程，阐述了求解方程采用的数值模拟方法。 (2)本文提出了一种利用少模光子晶体光纤模式特性产生低泵浦中红外超连续光谱的新方法。选择了在中红外波段高透过率和高非线性系数的Ge11.5As24Se64.5材料作为光子晶体光纤的基底材料，在最内层空气孔周围添加了六个小空气孔，增强了模式间的相互作用和提高了光纤中的非线性效应，降低了光纤中一阶模式的损耗，设计出具有高非线性、低损耗、色散平坦且具有三零色散的少模光子晶体光纤。简化出少模光子晶体光纤产生超连续光谱的理论模型——二模非线性薛定谔方程，采用分步傅里叶算法进行数值计算，分析了多种非线性效应对超连续光谱的影响：自相位调制占主导作用时，光谱基本以泵浦光中心波长为中心对称扩展；四波混频和交叉相位调制占主导作用时，光谱向长波方向呈现不对称扩展，谱宽变宽；四波混频比交叉相位调制对谱宽扩展影响大。 (3)在此基础上，构建了低泵浦少模光子晶体光纤产生中红外超连续光谱的系统，从空气孔层数、占空比和小空气孔直径影响色散与损耗性质的角度优化了少模光子晶体光纤结构参数，再从光纤长度、泵浦光峰值功率、泵浦光峰值功率和泵浦光中心波长影响超连续光谱的角度优化工作参数，得出当泵浦光源中心波长为λ0=3μm，初始脉冲宽度为f0=250fs，泵浦光的峰值功率为P=120W，光纤长度L=3cm时，可产生输出平均功率为-30.5dB，平坦度良好的超连续光谱，光谱范围可从近红外区域到几乎覆盖中红外区域，可满足低泵浦中红外超连续光源的应用需要。
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