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纳米光子半导体波导中高阶孤子分裂的物理起源
摘要： 克尔介质中的超连续谱生成已成为非线性光学的核心内容。该技术因推动了对孤子传播的理解及其在众多领域的广泛应用而备受赞誉。激光的相干光谱展宽如今已在实验室中常规实现，并被用于商业"白光"光源。当前，将该技术微型化的前景正推动着在绝缘体上半导体波导等不同集成平台上的实验研究。高阶孤子分裂是光谱展宽的核心概念。虽然这一理论在石英光纤中已广为接受，但半导体波导中孤子衰减的动力学机制仍鲜为人知——特别是石英光纤中不存在的非线性损耗和自由载流子效应，其作用仍是悬而未决的问题。通过实验与模拟，我们证明：在线性波导中非线性损耗是主导扰动因素，而在光子晶体波导中自由载流子色散起主要作用。
关键词： 非线性光学、超连续谱产生、自由载流子色散、孤子分裂、半导体波导
更新于2025-11-28 14:24:03
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC)（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 液体复合芯光纤中的可定制超连续谱生成
摘要： 光纤中的非线性光生成是获取远离基础激光波长的光源不可或缺的工具，可拓展生物光子学、计量学和通信领域的应用范围。然而多数多波长光源依赖玻璃光纤——其材料特性在制备后固定不变，因而无法进行后期调控。作为高功率激光领域中气压可调充气空芯光纤的补充方案，液芯光纤（LCF）为低至中功率范围的可调谐非线性光生成与脉冲控制提供了多功能平台。我们近期通过利用芯层液体的大热光系数，实现了基于温度的孤子分裂过程精确控制。但此前实验采用成本较高的铥激光技术。本文提出通过液芯组分构成这一新增调控维度，将普通阶跃折射率LCF的工作模式从正常色散切换至反常色散，从而为技术成熟且成本低廉的电信SCL波段开启孤子工作区间。我们展示了多种液复合芯光纤的设计方案及适用性限制（如导光与吸收极限），重点研究宽带超连续谱生成。图1b示例性呈现了泵浦波长零色散点（ZDPW）及V参数随芯径变化和CCl4中C2Cl4掺杂量的两条等值线，清晰显示出靠近零色散区（绿色标注）的孤子分裂优势参数域。通过研究1.56微米中心波长的30飞秒泵浦脉冲在多种液芯组分与直径LCF中的非线性光谱展宽（见图1a），我们实验验证了设计图谱。这些LCF采用毛细管力辅助填充法制备，毛细管安全安装于密封光流体支架中。每个样品的芯径选择确保V参数远超经验阈值V=1.6（见图1b）。随着输入功率递增测量输出光谱，图1e中CCl4掺杂20%体积比C2Cl4的LCF输出光谱清晰展示出高效孤子分裂现象——表现为1.3微米附近非孤子辐射的有效生成及孤子红移至1.7微米，这与图1c正常色散CCl4芯光纤未改变的输出光谱形成鲜明对比。非线性脉冲传输模拟与实验高度吻合（见图1d,f）。采用氘代甲苯和硝基苯作为CCl4掺杂剂的类似实验显著扩展了输出光谱带宽。结论明确表明：通过微调芯层组分即可大幅调控LCF色散特性，这为电信波段在线定制化非线性光生成与控制开辟了全新途径。
关键词： 液态复合芯光纤、孤子分裂、非线性光产生、超连续谱产生、电信SCL波段
更新于2025-09-16 10:30:52