摘要
本文簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)光子晶體光纖在各類超連續(xù)光纖光源、高平均波長(zhǎng)穩(wěn)定超輻射光纖光源以及超快高能量光纖激光器中的最新發(fā)展、應(yīng)用以及今后的趨勢(shì)。

簡(jiǎn)介
作為具有全新導(dǎo)光機(jī)理的新一代光纖，光子晶體光纖自從90年代中期被提出和成功演示以來，一直是人們關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。隨著加工工藝的提高和趨于成熟，光子晶體光纖已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在光纖通訊、光纖傳感及光纖激光器等幾個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。雖然目前光子晶體光纖的工作大部分集中在科研層面，但是仍憑借著其奇異易調(diào)控的色散、高低可控非線性系數(shù)、高雙折射及無截止單模等優(yōu)良的特性，光子晶體光纖在很多領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力，尤其是在各類光纖光源中的應(yīng)用，其中利用光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)以及高能量超快光纖激光器等應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段。本文分別介紹光子晶體光纖在超連續(xù)光源、光纖陀螺光源、高能量超快光纖激光器以及光頻梳等領(lǐng)域的最新的發(fā)展和應(yīng)用情況。

Ⅰ 在各類超連續(xù)光源中的應(yīng)用
超連續(xù)譜是指強(qiáng)短光脈沖通過非線性介質(zhì)時(shí)，由非線性效應(yīng)與光纖群速度色散的共同作用而使脈沖頻譜展寬的一種現(xiàn)象。利用超連續(xù)效應(yīng)而制作的寬帶光源在光學(xué)器件特性研究、相干光成像、微觀成像、光譜學(xué)以及生物、軍事光電對(duì)抗等領(lǐng)域展示出了巨大的應(yīng)用潛力。自從20世紀(jì)70年代以來，人們一直致力于研究超連續(xù)產(chǎn)生機(jī)理以及為獲得寬帶寬、超平坦、高功率的超連續(xù)光源而投入了大量的研發(fā)資源。初期人們主要是利用晶體或傳統(tǒng)的光纖來產(chǎn)生超連續(xù)，由于作用物質(zhì)的色散條件與非線性性質(zhì)難以得到很好的匹配，并沒有取得實(shí)質(zhì)性突破。到了90年代后期，光子晶體光纖的誕生【1】掀起了新一輪的超連續(xù)研究的熱潮。光子晶體光纖繼承了光纖的傳統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)，并有其獨(dú)特的性質(zhì)，包括無截止波長(zhǎng)的單模傳輸性質(zhì)、大范圍可調(diào)的色散特性以及高度的非線性，使得它成為產(chǎn)生超連續(xù)光譜最理想的介質(zhì)。
21世紀(jì)初，英國(guó)Bath大學(xué)研究人員率先制造出性能優(yōu)異的光子晶體光纖，在其推動(dòng)下，超平坦，超寬帶（400nm-2000nm以上）的超連續(xù)光譜產(chǎn)生取得重大進(jìn)展【2】，參見圖1。2005年德國(guó)科學(xué)家Hänsch教授獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，其中應(yīng)用到的一個(gè)核心技術(shù)就是Bath大學(xué)研究者們提供的光子晶體光纖超連續(xù)光源【3】。近年來，利用拉錐【4】以及高占空比【5】的光子晶體光纖產(chǎn)生純白（克服藍(lán)紫光成分較弱的問題）的超連續(xù)等也得到更深入的研究。在可見光短波長(zhǎng)方面，利用幾個(gè)厘米長(zhǎng)的拉錐光纖而產(chǎn)生可見光的超連續(xù)已見報(bào)道【6】。在中紅外長(zhǎng)波方面，人們也把興趣發(fā)展到高非線性的軟玻璃材料制作的光子晶體光纖上，比如碲玻璃光子晶體光纖，并把超連續(xù)的長(zhǎng)波邊擴(kuò)展到中紅波段（5微米以上）【7】，以供生物指紋、天文以及軍事等方面的應(yīng)用需求。與此同時(shí)，超連續(xù)光源的商業(yè)化產(chǎn)品也嶄露頭腳，并在各個(gè)領(lǐng)域開始積極推廣（比如英國(guó)Fianium公司的產(chǎn)品就是利用光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)超連續(xù)光源）。
 
圖1 利用光子晶體光纖產(chǎn)生的超連續(xù)光源（從400－2000nm波長(zhǎng)范圍）（a）實(shí)驗(yàn)裝置 （b）超連續(xù)光譜圖及所用光纖和近場(chǎng)光斑。