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Uwe Brinkmann
當一個飛秒脈沖通過一段光纖傳輸時，輸出脈沖通常和輸入脈沖有很大不同。超快脈沖固有的光譜很寬，在光纖中傳播會出現(xiàn)常規(guī)色散；而且，激光場被強有力地限制在光纖纖芯內(nèi)，由此導致的高強度脈沖峰值將引發(fā)非線形光學效應(yīng)。例如，高強度會改變折射，引發(fā)自相位調(diào)制的累積。通常會導致時間的延長和光譜的加寬。在使用光子晶體光纖（PCF）的過程中，無論在其物理性質(zhì)還是潛在應(yīng)用方面，研究者們都發(fā)現(xiàn)一些有趣的結(jié)果。
來自Max-Planck-Institut für Quantenoptik、Ludwig–Maximilians-Universität München和Lomonosov州立大學的研究人員們在理論和實驗上都發(fā)現(xiàn)：當一個低于6飛秒的Ti:藍寶石激光脈沖進入一個特別設(shè)計的PCF時，會分裂成不同脈沖，其中之一將變成孤波，在傳輸過程中波長不斷變長。因此，采用主要輸出峰值為670nm的Ti:藍寶石激光脈沖能產(chǎn)生峰值波長為1064nm或更長的脈沖。
變化的散射
研究人員采用了兩種PCF，其內(nèi)芯直徑分別是1.6和1.8μm，如圖1，進入光子晶體光纖的超快脈沖具有寬帶光譜（左）。圖示為兩種不同光子晶體光纖1（芯徑為1.6μm）和2（芯徑為1.8μm）的群速度色散效應(yīng)（右方縱坐標）；左圖中的小插圖為光纖1橫截面的照片。右圖所示為脈沖的時間包絡(luò)和相位啁啾。
圖1 進入光子晶體光纖的超快脈沖
光子晶體光纖能“調(diào)制”出色散特性。倘若在波長顯著不同處產(chǎn)生零群速度色散（GVD）效應(yīng)，兩種光纖的散射曲線會發(fā)生偏移。不規(guī)則色散時的GVD值為正，并且波脈沖越長，光傳播得越慢。輸入脈沖光譜的零GVD點對脈沖在光纖中傳播的光譜和時間的轉(zhuǎn)換來說非常重要。
考慮非線性效應(yīng)的實驗結(jié)果和理論相符。為了比較，作者們采用了非線性薛定諤方程，其中包含一個條件用以描述涉及聲子的拉曼散射。聲子和其它非線性作用對于解釋實驗現(xiàn)象是至關(guān)重要的。
在一些情況下，光譜中會出現(xiàn)孤波脈沖引起的相應(yīng)波峰，見圖2，輸入脈沖為0.3nJ時，將長度為20厘米的光纖2的入射光譜（上方虛線）和出射光譜（上方實線）進行比較。出射光譜有一個最大紅移。研究者認為通過增加光纖長度可以實現(xiàn)連續(xù)的紅移。23厘米長的光纖1的出射光譜在中心波長為1060nm的波峰處產(chǎn)生一個孤波（如中間插圖所示）。另外，激光鏡的色散特性會改變?nèi)肷涔庾V的形狀，從而影響孤峰的位置（如右圖）。
圖2 光纖的入射光譜和出射光譜比較
其它波峰來自其它非線性作用或是更高階的光纖模式，它們很容易被過濾掉。采用的孤波脈沖的持續(xù)時間在100fs量級，通過光線中的色散設(shè)計實現(xiàn)時間和光譜的精確控制，在實驗中就能產(chǎn)生放大幾周期脈沖，例如利用Nd:YAG激光器。最近，研究小組采用PCF中低于6飛秒的激光脈沖形成一個紅移的孤波，顯著簡化了幾周期波形參數(shù)放大器中的脈沖同步現(xiàn)象。
參考文獻
1. E.E. Serebryannikov et al., Appl. Phys. B 81, 585 (2005).
2. E.E. Serebryannikov et al., Phys. Rev E 72, 056603 (2005).
3. C.Y. Teisset et al., Optics Express 13, 6550 (2005).
