飞秒激光在双折射微结构光纤中模式控制的四波混频效应.pdf

第(&卷第7期%##(年7月物理学报WF?+(&，OF+7，LCXHC*ICG，%##(
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飞秒激光在双折射微结构光纤中模式
控制的四波混频效应的实验研究!

胡明列!王清月栗岩峰王专柴路张伟力
（天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室光电信息技术科学教育部

重点实验室（天津大学），天津"###$%）
（%##&年$月’(日收到；%##&年’%月"’日收到修改稿）

利用飞秒激光脉冲在长度为’#)*，包层具有大空气比的双折射微结构光纤中通过高阶模相位匹配的四波混频
获得了波长可调谐的反斯托克斯波+实验中脉冲宽度为"(,-，中心波长.%#/*，单脉冲能量&/0的飞秒激光脉冲耦合
到长轴直径为，短轴为的双折射微结构光纤中在高阶模传输情况下，通过调制耦合光的偏振方向，获得
(!*&12!*+
了具有不同中心波长的反斯托克斯波+通过对比分析，讨论了输入光的偏振态对双折射微结构光纤中高阶模式下四
波混频效应的影响情况+理论计算分析很好的解释了实验结果+

关键词：微结构光纤，飞秒脉冲激光，四波混频
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对于双折射光纤，其有效模折射率较小的轴称为快
’1引言轴，在此轴上光传输的群速度较大+同样的道理，有
较大有效模折射率的轴称为慢轴+
最近的研究表明微结构光纤（*>)GF-HGA)HAGC对于光纤中高阶模相位匹配的参量效应和谐波
［—］
,>ICG-，J3-）’"在双折射方面表现出很强的优势，的产生，人们已作了广泛的研究+最早在多模光纤中
通过特定设计的纤芯和包层结构能获得很高的双折观察到高阶模下的位相匹配的是LHF?C/及其合作
［—］
射度&2，比传统双折射光纤能够高出’—%个数量者［’’］，其报道中斯托克斯波和反斯托克斯波传输在
级这对某些应用，例如光学陀螺，激光干涉仪，以及
+不同的高阶模+从那以后，模式控制的相位匹配参量
在量子光学和光子纠缠态方面的应用具有很重要的过程成为产生新光谱的一种有效方式，而微结构光
价值这些应用希望光纤在传输光波时不改变它的［—］
+纤在这方面也显示出很强的优势’%%’+就四波混频
偏振态+传统的做法是在这些光纤中故意引入大量
而言，当净波矢失配!M#时，参量增益对应四波混
双折射，使得那些微小的、随机的双折射起伏不会严
频峰值，这里!可写成如下形式
重影响光的偏振+一种方案是打破圆柱对称性，故意，（）
!""#J$"#N$"#OP"#’
把纤芯或是包层做成椭圆形的结构，它的双折射度
式中#，#，#分别代表由材料色散、波导色
可达到非常小的程度（K2），另一种可代替"J"N"OP
!!"’#散、非线性效应引起的相位失配这三项的贡献可以
的方案是利用应力致双折射，使得可达到+
!"分别写成
’#K&+这类光纤通常以其横断面的形状特征而称之
［］，（）
"#J"%"""$%&"&&%%’"’’(%
为“熊猫”光纤或“领结”光纤+而微结构光纤因其芯
［
层包层所具有的高折射率差能极大地增强双折射"#N""%"""$"%&"&&
（）］，（）
度，通过特殊设计能获得比普通保偏光纤高出数量"%’$"%%"’’("
［$—’#］（）（）
级的双折射度，从而成为该领域研究的热点+"#OP"#)’$)%*&

!国家重点基础研究专项基金（批准号：6’777#$(%#’，%##"89"’&7#&），国家自然科学基金（批准号：2#%$.##"）和国家高技术研究发展计划（批
准号：%##"::"’’#’#）资助的课题+
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在的特定条件下，满足的实验的偏振态下的零色散点大概有的差异［!/］通
!!"!#!!"$!$30+
装置相对要简易一些，此时非线性过程中只牵涉到
%个不同频率，被称作部分简并的四波混频"事实
上，直接与受激拉曼散射（）类比，处的低频边
&’&!%
带和（假设）的高频边带称为斯托克斯带
!(!%)!(
和反斯托克斯带"为实现相位匹配，三项贡献中至少
有一项必须为负"当然在多模光纤中，以不同模式传
输的波，可使得为负值，从而实现相位匹配在
!!*+
以前的文章中，我们报道了单模双折射微结构光纤
在不同偏振光作用下的四波混频效应［!%］；本文通过
耦合角度控制，在多模微结构光纤中实现了模式控
制的相位匹配四波混频过程；而同时基于其纤芯的
双折射结构，通过控制输入飞秒脉冲的偏振态以及图!大空气比双折射