Генерация суперконтинуума при распространении фемтосекундных световых импульсов в фотонно-кристаллических волокнах с периодически модулированными по длине параметрами
![Диссертация: Генерация суперконтинуума при распространении фемтосекундных световых импульсов в фотонно-кристаллических волокнах с периодически модулированными по длине параметрами](https://westud.ru/work/2517404/cover.png)
Диссертация
Настоящая работа посвящена теоретическому исследованию и численному моделированию спектральных и временных преобразований фемтосекундных лазерных импульсов при их распространении в фотонно-кристаллических волокнах с периодической по длине модуляцией параметров и изучению волноводных свойств фотонно-кристаллических волокон. Основными целями этого исследования являлись развитие физических… Читать ещё >
Содержание
- Введение
- 2. Волноводные свойства фотонно-кристаллических волокон и структур
- 2. 1. Введение к разделу
- 2. 2. Собственные моды планарного волновода
- 2. 3. Одномерная модель фотонно-кристаллического волокна
- 2. 4. Расчет запрещенных зон для мод оболочки фотонно-кристаллического волокна
- 2. 5. Расчет дисперсионных характеристик мод сердцевины фотонно-кристаллического волокна
- 2. 6. Выводы к разделу
- 3. Генерация суперконтинуума в фотонно-кристаллических волокнах
- 3. 1. Введение к разделу
- 3. 2. Генерация суперконтинуума в фотонно-кристаллических волокнах с периодической модуляцией диаметра
- 3. 2. 1. Модель
- 3. 2. 2. Генерация дисперсионной волны в волокне с постоянным диаметром
- 3. 2. 3. Генерация дисперсионной волны в волокне с периодическим изменением диаметра
- 3. 3. Генерация суперконтинуума в анизотропном ФКВ с периодической модуляцией эллиптичности отверстий
- 3. 3. 1. Модель
- 3. 3. 2. Результаты расчетов и обсуждение
- 3. 4. Генерация суперконтинуума в анизотропном регулярно-скрученном ФКВ
- 3. 4. 1. Результаты расчетов и обсуждение
Список литературы
- Alfano R.R. The Supercontinuum Laser Source // New York: Springer-Verlag. 1989. 375p.
- Alfano R.R., Shapiro S. L. Emission in the region 4000 to 7000 A via four-photon coupling in glass // Phys. Rev. Lett. 1970. V. 24. P. 584−587.
- Желти ко в A.M. Да будет белый свет: генерация суперконтинуума сверхкороткими лазерными импульсами. // УФН. 2006. Т. 176. С. 623−649.
- Konorov S. О., Serebryannikov Е. Е., Fedotov А. В., Miles R. В., Zheltikov А. М. Phase-matched waveguide four-wave mixing scaled to higher peak powers with large-core-area hollow photonic-crystal fibers // Phys. Rev. E. 2005. Vol. 71. P. 57 603−57 606.
- Sidorov-Biryukov D.A., Serebryannikov E.E., Zheltikov A.M. Time-resolved coherent anti-Stokes Raman scattering with a femtosecond soliton output of a photonic-crystal fiber// Opt. Lett. 2006. V. 31. N. 15. P. 2323−2325.
- Paulsen H. N., Hilligsoe К. M., Thogersen J., Keiding S. R., Larsen J. J. Coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy with a photonic crystal fiber based light source // Opt. Lett. 2003. V. 28. P. 1123−1125.
- Jones D. J., Diddams S. A., Ranka J. K-, Stentz A., Windeler R. S., Hall J. L., Cundiff S. T. Carrier-Envelope Phase Control of Femtosecond Mode-locked Lasers and Direct Optical Frequency Synthesis // Science. 2000. V. 288. P. 635−639.
- Holzwarth R., Udem Th., Hansch T. W., Knight J. C., Wadsworth W. J., Russell P. St. J. Optical Frequency Synthesizer for Precision Spectroscopy// Phys. Rev. Lett. 2000. V. 85. P. 2264−2267.
- Udem Th., Holzwarth R., Hansch T.W. Optical frequency metrology// Nature. 2002. V. 416. P. 233−237.
- Ranka J.K., Windeler R.S., Stentz A.J. Visible continuum generation in air-silica microstructure optical fibers with anomalous dispersion at 800 nm // Opt. Lett. 2000. V. 25. P. 25−27.
- Ranka J.K., Windeler R.S., Stentz A.J. Optical properties of high-delta air-silica microstructure optical fibers // Opt. Lett. 2000. V. 25. P. 796−798.
- Knight J.C. Photonic crystal fibres //Nature (London). 2003. V. 424. P. 847−851.
- Russell P.St.J. Photonic crystal fibres // Science. 2003. V. 299. P. 358−362.
- Gordon J. P. Theory of the soliton self-frequency shift // Opt. Lett. 1986. V. 11. P. 662−664.
- Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика // М: Мир. 1996. 323с.
- Ахманов С.А., Выслоух В. А., Чиркин А. С. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов//М: Наука. 1988. 312с.
- Шен И. Р. Принципы нелинейной оптики. // М: Наука. 1989. 560с.
- Shen Y.R., Bloembergen N. Theory of Stimulated Brillouin and Raman Scattering.//Phys. Rev. 1965. V. 137. P. A1787-A1805.
- Austin D. R., Martijn de Sterke C., Eggleton B. J., Brown T. G. Dispersive wave blue-shift in supercontinuum generation // Opt. Exp. 2006. V. 14. P. 11 997−12 007.
- Akhmediev N., Karlsson M. Cherenkov radiation emitted by solitons in optical fibers. // Phys. Rev. A. 1995. V. 51. P. 2602−2607.
- Wai P.K.A., Chen H.H., Lee Y.C. Radiations by «solitons» at the zero group-dispersion wavelength of single-mode optical fibers // Phys. Rev. A. 1990. V. 41. P. 426−439.
- Ахмедиев H. и др. Солитоны, нелинейные импульсы и пучки // Москва: Физматлит. 2003. 304с.
- Wadsworth W. J., Ortigosa-Blanch A, Knight J. С., Birks Т. A., Martin Man T.P., Russell P. St. J. Supercontinuum generation in photonic crystal fibers and optical fiber tapers: a novel light source. //JOSA B. 2002. Vol. 19. P. 2148−2155.
- Shi K-, Omenetto F. G., Liu Z. Supercontinuum generation in an imaging fiber taper//Optics Express. 2006. Vol. 14. P. 12 359−12 364.
- Bauer R.G., Melnikov L.A. Multi-soliton fission and quasi-periodicity in a fiber with a periodically modulated core diameter// Opt. Commun. 1995. Vol. 115. P. 190−198.
- Sysoliatin A.A., Dianov E.M., Konukhov A.I., Melnikov L.A., Stasyuk V.A. Soliton splitting in dispersion oscillating fiber. // Laser Physics. 2007. V. 17. P. 1306−1310.
- Sysoliatin A.A., Senatorov A.K., Konukhov A.I., Melnikov L.A., Stasyuk V.A. Soliton fission in a dispersion oscillating fiber. Optics Express. 2007. V. 15. P. 16 302−16 307.
- Reeves W. H., Skryabin D. V., Biancalana F. Transformation and control of ultrashort pulses in dispersion-engineered photonic crystal fibers // Nature 2003. V. 424. P. 511−515.
- Skryabin D. V., Luan E, Knight J. C., Russell P. St. J. Soliton Self-Frequency Shift Cancellation in Photonic Crystal Fibers // Science 2003. V. 301. P. 1705−1708.
- Genty G., Lehtonen M., Ludvigsen H. Enhanced bandwidth of supercontinuum generated in microstructured fibers // Opt. Expr. 2004 V. 12. P. 3471−3480.
- Mori К., Takara H., Kawanishi S. Analysis and design of supercontinuum pulse generation in a single-mode optical fiber // J. Opt. Soc. Am. B. 2001. V. 18. P. 1780−1785.
- Hori T. Flatly broadened, wideband and low noise supercontinuum generation in highly nonlinear hybrid fiber// Opt. Expr. 2004. V. 12. P. 317−323.
- Dudley J.M., Genty G., Coen S. Supercontinuum generation in photonic-crystal fibers // Rev. of Mod. Phys. 2006. V. 78. P. 1135−1185.
- Lin Q., Agrawal G.P. Raman Response Function for Silica Fibers // Opt. Lett. 2006. V. 31. P. 3086−3088.
- Lin Q., Yaman F., Agrawal G.P. Raman-induced polarization-dependent gain in parametric amplifiers pumped with orthogonally polarized lasers // IEEE Phot. Tech. Lett. 2006. V. 18, P. 397−399.
- Желтиков A.M. Цвета тонких пленок, антирезонансные явления в оптических системах и предельные потери собственных мод полых световодов // Усп. физ. наук. 2008. Т. 178. С. 619−629.
- Russell P.St. Photonic-Crystal Fibers // Lightwave Technol. 2006. V. 24. N. 12. P. 4729−4749.
- Litchinitser N.M., Abeeluck A.K., Headley C., Eggleton В J. Antiresonant reflecting photonic crystal optical waveguides // Opt. Lett. 2002. V. 27. P. 1592−1594.
- Litchinitser N.M., Dunn S.C., UsnerB., Eggleton B.J., White Th. P, McPhedran R.C., de Sterke C.M. Resonances in microstructured optical waveguides // Opt. Exp. 2003. V. 11. P. 1243−1251.
- Roberts P., Couny F., Sabert H., Mangan В., Williams D., Farr L., Mason M., Tomlinson A., Birks Т., Knight J., Russell P. Ultimate low loss of hollow-core photonic crystal fibres // Opt. Expr. 2005. V. 13. P. 236−244.
- Birks T.A., Knight J.C., Russell P. S.J. Endlessly single-mode photonic crystal fiber// Opt. Lett. 1997. V. 22. P. 961−963.
- Mortensen N.A. Effective area of photonic crystal fibers // Opt. Exp. 2002. V. 10. P. 341−348.
- Мажирина Ю.А., Конюхов А. И., Мельников JI.A. Сглаживание спектра суперконтинуума в микроструктурных волокнах с периодической модуляцией диаметра// Изв. ВУЗов. Прикладная нелинейная динамика. 2008. Т. 16. № 1. С. 70−80.
- Мажирина Ю.А., Мельников JI.A. О структуре областей волноводности высших мод фотонно-кристаллических волокон со сплошной сердцевиной // Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 107. № 3. С. 480−485.
- Мажирина Ю.А., Конюхов А. И., Мельников JI.A. Генерация суперконтинуума в анизотропном микроструктурном волокне с периодической модуляцией эллиптичности отверстий // Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 107. № 3. С. 402−408.
- Mazhirina Yu.A., Melnikov L.A., Konukhov A.I. Dispersive wave generation in microstructured fiber with periodically modulated diameter// SPIE Proceedings.2006. V. 6165. P. 616 508.1−616 508.6.
- Mazhirina Yu.A., Melnikov L.A., Konukhov A.I., Shevandin V.S. Waveguiding in photonic crystal fibers and photonic crystal structures // SPIE Proceedings.2007. V. 6537. P. 65370B-10. ¦
- Мажирина Ю.А., Конюхов А. И., Мельников JI.A. Генерация дисперсионой волны в микроструктурном оптическом волокне с периодической модуляциейдиаметра сердцевины. // Саратов: РИО журнала «Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика». 2007. 224с. С. 64−68.
- Mazhirina Yu.A., Melnikov L.A., Konukhov A.I. Dispersive wave generation in microstructured optical fiber with periodically modulated diameter // Научно-технический журнал «Фотон-Экспресс». 2007. № 6, С. 158−159.
- Мажирина Ю.А., Мельников Л. А. Особенности волноводных свойств в фо-тонно-кристаллических волокнах со сплошной и полой сердцевиной Российский семинар по волоконным лазерам 2009. Материалы семинара, изд. УГАТУ. Уфа. 2009. С. 35−36.
- Мажирина Ю.А., Мельников JI.A. Фазовая связь мод в волоконном лазере с несколькими активными одномодовыми сердцевинами, осуществляющаяся через возбуждение мод оболочки
- Российский семинар по волоконным лзерам 2009. Материалы семинара, изд. УГАТУ Уфа. 2009. С. 37−38.
- Mazhirina Yu.A., Melnikov L.A. Waveguiding properties of photonic crystal fibers // International Conference on Transparent Optical Networks ICTON -2009. ISBN: 978−1-4244−4825−8. DOLlO. l 109 /ICTON. 2009. 5 185 287. 4p.
- Mazhirina Yu.A., Melnikov L.A., Konukhov A.I. Generation of Two Colliding Pulses With Tunable THz-range Frequency Difference in High-Nonlinear Photonic Crystal Fiber. CLEO/Europe-2009. ISBN: 978−1-4244−4079−5. DOLlO. l 109/CLEOE-EQEC. 2009. 5 191 504. 4p.
- Mazhirina Yu.A., Melnikov L.A., Konukhov A.I. Numerical Modelling of Femtosecond Soliton Supercontinuum Generation in Anisotropic Spun Microstruc-ture Fiber//TaCoNa Photonics 2009. Conference Digest, pp. 137−139.
- Knight J. C., Birks T. A., Russell P. St. J., Atkin D. M. All-silica single-mode optical fiber with photonic crystal cladding// Opt. Lett. 1996. V. 21. P. 1547−1549.
- Knight J.C., Broeng J., Birks T.A., Russel P.St.J. Photonic Band Gap Guidance in Optical Fiber// Science. 1998. V. 282. N. 5393, P. 1476−1478.
- Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов: Пер. с англ. М.: Радио и связь. 1987. 655с.
- Melnikov L. A., Romanova Е. A. Transformation of HEim guided mode into the leaky one in absorbing optical fiber// Opt. communs. 1997. V. 141. № l.P. 10−16.
- Hu J., Menyuk C. R. Understanding leaky modes: slab waveguide revisited // Adv. Opt. Phot. 2009. V. 1. P. 58−106.
- Иванов О. В., Никитов С. А., Гуляев Ю. В. Обол очечные моды волоконных световодов // УФН. 2006. Т. 176. С. 175−202.
- Couny F., Benabid F., Roberts P.J., Burnett M.T., Maier S.A. Identification of Bloch-modes in hollow-core photonic crystal fiber cladding// Opt. Exp. 2007. V. 15. P. 325−338.
- Argyros A., Birks Т., Leon-Saval S., Cordeiro С. M. В., Russell P. St. J. Guidance properties of low-contrast photonic bandgap fibres // Opt. Exp. V. 13. № 7. P. 2503−2511.
- Couny F., Benabid F., Russell P. S. Large-pitch kagome-structured hollow-core photonic crystal fiber// Opt. Lett. 2006. V. 31. P. 3574−3576.
- Broeng J., Sondergaard Т., Barkou S.E., Barbeito P.M., Bjarklev A. Waveguid-ance by the photonic bandgap effect in optical fibres // J. of Opt. A. 1999. V. 1. P. 477−482.
- Дукельский K.B., Кондратьев Ю. Н., Комаров А. В., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов А. В., Шевандин B.C. Влияние шага структуры дырчатого оптического волокна на его световодные свойства// Оптический журнал. 2006. Т. 73. № 11. С. 80−85.
- Yeh P., Yariv A. Theory of Bragg fiber // J. Opt. Soc. Am. 1978. V. 68. N 9. P. 1196−1201.
- Веселов Г. И., Раевский С. Б. Слоистые металло-диэлектрические волноводы //М: Радио и связь. 1988. 248с.
- Guo S., Albin S., Rogowski R.S. Comparative analysis of Bragg fibers // Optics express. 2004. V. 12. N. 1. P. 198−207.
- Arriaga J., Knight J.C., Russell PS. Modelling photonic crystal fibres // Physica E. 2003. V. 17. P. 440−442.
- Хромова И.А., Мельников JI.A. Собственные электромагнитные волны в анизотропных фотонных кристаллах: метод и особенности расчета, симметрия дисперсионной поверхности для двумерного кристалла // Изв.высш.уч.зав. ПНД. 2008. Т. 16. В. 1. С. 81−98.
- Маркузе Д. Теория оптических волноводов // М: Мир. 1974. 576с.
- Адаме М. Введение в теорию оптических волноводов // М: Мир. 1984. 512с.
- Снайдер A., Love Дж. Теория оптических волноводов // М: Радио и связь. 1987. 656с.
- Мельников Л.А., Козина О. Н. Собственные волны в одномерных фотонных кристаллах при наличии усиления // Оптика и спектроскопия. 2003. Т. 94. № 3. С. 454−461.
- Khromova I.A., Melnikov L.A. Anisotropic photonic crystals: generalized plane wave method and dispersion symmetry properties // Opt. Com. 2008. V. 281. № 21. P. 5458−5466.
- Joannopoulos J. D., Meade R. D., Winn J. N. Photonic Crystals: Molding the Flow of Light. Princeton University Press. 1995. 137p.
- Унгер X. Планарные и волоконные оптические волноводы // М: Мир, 1980. 656с.
- Li Y., Salisbury F., Zhu Z., Brown Th" Westbrook P., Feder K., Windeler R. Interaction of supercontinuum and Raman solitons with microstructure fiber gratings. //Opt. Expr. 2005. V. 13. P. 998−1007.
- Lu F., Deng Y., Knox. W.H. Generation of broadband femtosecond visible pulses in dispersion-micromanaged holey fibers // Opt. Lett. 2005. V. 30. N.12. P. 1566−1568.
- Cristiani I., Tediosi R., Tartara L., Degiorgio V. Dispersive wave generation by solitons in microstructured optical fibers // Opt. Expr. 2003. V. 12. N.l. P. 124−135.
- Nikolov N. L, Sorensen Т., Bang O., Bjarklev A. Improving efficiency of supercontinuum generation in photonic crystal fibers by direct degenerate four-wave mixing//J. Opt. Soc. Am. B. 2003. V. 20. N. l 1. P. 2329−2337.
- Hasegawa A., Kodama Y. Guiding center solitons.// Phys. Rev. Lett. 1991. V. 66. N.l. P. 161−164.
- Mollenauer L., Gordon J., Islam M. Soliton propagation in long fibers with periodically compensated loss // IEEE J. of Quant. Electron. 1986. V. 22. N.l. P. 157−173.
- Nelson L.E., Jones D.J., Tamura K., Haus H.A., IPen E.P. Ultrashort-pulse fiber ring lasers //Appl. Phys. B. 1997. V. 65. N.2. P. 277−294.
- Broeng J., Mogilevtsev D., Barkou S. E., Bjarkle A. Photonic Crystal Fibres: A New Class of Optical Waveguides // Opt. Fib. Tech. 1999. V. 5. P. 305−330.
- Feng X., Mairaj A.K., Hewak D.W., Monro T.M. Nonsilica glasses for holey fibers. //J. of Lightwave Tech. 2005. V. 23. P. 2046−2055.
- Golovchenko E. A., Dianov E. M., Prokhorov A. M., Serkin V. N. Decay of optical solitons. // JETP Lett. 1985. V. 42. P. 87−91.
- Tai K., Hasegawa A., Bekki N. Fission of optical solitons induced by stimulated Raman effect.//Opt. Lett. 1988. V. 13. N.5. P. 392−394.
- Steel M. J., White T. P., de Sterke С. M., McPhedran R. C., Botten L. C. Symmetry and degeneracy in microstructured optical fibers // Opt. Lett. 2001. V. 26. N.8. P. 488−490.
- Ritari T" Niemi Т., Ludvigsen H., Wegmuller M., Gisin N., Folkenberg J.R., Pet-terson A. Polarization mode dispersion of large mode-area photonic crystal fibers // Opt. Commun. 2003. V. 226. P. 233−239.113
- Ortigosa-Blanch A., Knight J. C., Wadsworth W. J., Arriaga J., Mangan B. J., Birks T. A., Russell P. St. J. Highly birefringent photonic crystal fibers // Opt. Lett. 2000. V. 25. N.18. P. 1325−1327.
- Hansen T. P., Broeng J., Libori S. E. В., Knudsen E., Bjarklev A., Jensen J. R., Simonsen H. Highly birefringent index-guiding photonic crystal fiber // IEEE Phot. Technol. Lett. 2001. V. 13. N.6. P. 588−590.
- Apolonsld A., Povazay В., Unterhuber A., Drexler W., Wadsworth W. J., Knight J. C., Russell P. St. J. Spectral shaping of supercontinuum in a cobweb photonic-crystal fiber with sub-20-fs pulses // J. Opt. Soc. Am. B. 2002. V. 19. N.9. P. 2165−2170.
- Price J. H. V., Furusawa K., Monro Т. M., Lefort L., Richardson D. J. Tunable, femtosecond pulse source operating in the range 1.06″ 1.33 m based on an y&3±doped holey fiber amplifier // J. Opt. Soc. Am. B. 2002. V. 19. N.6. P. 1286−1294.
- Ortigosa-Blanch A., Knight J. C., Russell P. St. J. Pulse breaking and supercontinuum generation with 200-fs pump pulses in photonic ciystal fibers // J. Opt. Soc. Am. B. 2002. V. 19. N.ll. P. 2567−2572.
- Fortier Т. M., Cundiff S. Т., Lima I. Т., Marks B. S., Menyuk C. R., Windeler R. S. Nonlinear polarization evolution of ultrashort pulses in microstructure fiber // Opt. Lett. 2004. V. 29. N.21. P. 2548−2550.
- Kobtsev S. M., Kukarin S. V., Fateev N. V., Smirnov S. V. Coherent, polarization and temporal properties of self-frequency shifted solitons generated in polarization-maintaining microstructured fibre // Appl. Phys. B. 2005. V. 81. P. 265−269.
- Lehtonen M., Genty G., Kaivola M., Ludvigsen H. Supercontinuum generation in a highly birefringent microstructured fiber // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 82. P. 2197−2199.
- Кившарь Ю.С., Агравал Г. П. Векторные солитоны. М.: Физматлит. 2005. 648с.
- Cronin-Golomb M. Cascaded nonlinear difference-frequency generation of enhanced terahertz wave production// Opt.Lett. 2004. V. 29. N.17. P. 2046−2048.
- Kawase K-, Hatanaka Т., Takahashi H., Nakamura K-, Taniuchi Т., Ito H. // Opt.Lett. 2000. V. 25. N.23. P. 1714−1716.
- Schneider A., Stillhart M., Gunter P.G. High efficiency generation and detection of terahertz pulses using laser pulses at telecommunication wavelengths // Opt.Expr. V. 14. N.12. P. 5376−5384.
- Shi W., Ding Y.J., Vodopyanov K. Efficient, tunable, and coherent 0.18—5.27-THz source based on GaSe crystal // Opt.Lett. V. 27. N.16. P. 1454−1456.
- ZentgrafT., HuberR., Nielsen N.C., ChemlaD.S., Kaindl R.A. Ultrabroadband 50−130 THz pulses generated via phase-matched difference frequency mixing in LiI03 // Opt.Expr. 2007. V. 15. N.9. P. 5775−5781.
- Saha A., Ray A., Mukhopadhyay S., Sinha N. Datta P.K., Dutta P.K. Simultaneous multi-wavelength oscillation of Nd laser around 1.3 mkm: A potential source for coherent terahertz generation // Opt.Expr. 2006. V. 14. N.ll. P. 4721−4726.
- Matus M., Kolesik M., Moloney J., Hofmann M., Koch S. Dynamics of two-color laser systems with spectrally filtered feedback // J. Opt. Soc. Am. B. 2004. V.21.N.10. P. 1758−1771.
- Sasaki Y., Yokoyama H., Ito H. Dual-wavelength optical-pulse source based on diode lasers for high-repetition-rate, narrow-bandwidth terahertz-wave generation//Opt.Expr. 2004. V. 12. N.14. P. 3067−3071.
- Dakovski G.L., Kubera В., Shan J. Localized terahertz generation via optical rectification in ZnTe// JOSA B. 2005. V. 22. N.8. P. 1667−1670.
- Dianov E.M., Karasik A.Y., Mamishev P.V., Prokhorov A. M., Serkin V.N., Stelmah M. F., Fomichev A. A. Stimulated-Raman conversion of multisoliton pulses in quartz optical fiber// JETP Lett. 1985. V. 41. N.6. P. 242−244.V
- Wai P.K., Menyuk C. R., Lee Y. C., Chen H.H. Nonlinear pulse propagation in the neighborhood of the zero-dispersion wavelength of monomode optical fibers // Opt. Lett. 1986. V. 11. N.7. P. 464−466.