高非线性光子晶体光纤：理论设计与超连续谱研究

"光子晶体光纤的设计与应用" 光子晶体光纤是一种基于光子带隙效应的新型光纤，其核心概念源自于1987年E.Yablonovitch和S. John提出的光子晶体理论。这种光纤的结构特点是具有空间周期性变化的折射率，通常在光波长尺度上，由两种不同介质材料交替排列构成。光子带隙效应是光子晶体的核心特性，类似电子在半导体中的能带结构，当光子能量处于带隙内时，光在光子晶体中无法传播，这是因为带隙内的态密度为零。此外，光子晶体还能通过引入缺陷产生光子局域，使得光能被限制在特定区域或沿着特定路径传播，这使得光子晶体光纤可以构建微腔、光波导和镜面。 在光子晶体光纤中，通常会在纤维轴向上制造线缺陷以形成导光通道。这些光纤内部包含周期性排列的微气孔，形成类似晶格的二维光子晶体结构，常见形状有三角形、六边形等。光子晶体光纤的非线性系数较高，且色散特性可调，使其在超连续激光源、光通信、超短脉冲产生、光相干层析以及光频率测量等多个领域有着广泛应用。 针对高非线性光子晶体光纤的研究，华中科技大学的一篇硕士学位论文详细探讨了其设计与制备。论文作者黄媛媛在导师刘海荣的指导下，通过光束传播法、平面波方法和有限元法对光纤的色散、非线性和衰减特性进行模拟，设计出一种适用于800nm波段钛宝石飞秒激光器的高非线性光纤。论文还介绍了光纤的制备工艺，包括如何根据理论设计制造出光纤产品，并研究了光纤熔接的关键技术。实验结果显示，制备出的光纤在800nm附近具有平坦的色散特性和低衰减，可产生超过900nm的平坦超连续谱。 光子晶体光纤的创新设计和精细制备是实现高性能光子器件的关键，通过优化结构参数和改进制备工艺，有望开发出更符合商业标准的光纤产品，进一步推动光子学领域的科技进步。