資料介紹
多芯光纖是一種新型光纖,這種光纖的包層中存在距離較近的多根纖芯,纖芯之間可產(chǎn)生較強(qiáng)的耦合,從而使各個(gè)纖芯內(nèi)的光場(chǎng)成為一個(gè)整體,可用于光放大、脈沖壓縮、超連續(xù)產(chǎn)生、光場(chǎng)調(diào)制、光子彈產(chǎn)生等過(guò)程。正六邊形 7 芯光纖(橫截面如圖 1),作為最常見(jiàn)的多芯光纖之一,可用于超連續(xù)產(chǎn)生,本篇文章通過(guò)數(shù)值模擬的方式,驗(yàn)證了普通的階躍折射率 7 芯光纖可以產(chǎn)生超連續(xù)譜。
作者假定不同纖芯之間僅僅存在線性耦合,從而得到了描述脈沖在 7 芯光纖中演化的耦合非線性薛定諤方程(式 1,右邊三行分別代表芯自身的色散、自身非線性和芯間線性耦合)。在線性情況下,該方程組的 7 個(gè)本征解代表在 7 芯光纖中能夠穩(wěn)定傳播的 7 個(gè)超模式。每個(gè)模式在光纖中都有著不同的強(qiáng)度和傳播速度,如圖 2 所示,其中圖 2(a)表示電場(chǎng)強(qiáng)度在光纖中的分布,圖 2(b)表示每種超模式的傳播常數(shù),其中 \beta(\omega)代表單模光纖傳播常數(shù),\kappa(\omega)代表線性耦合系數(shù)。
當(dāng)初始脈沖(脈沖寬度為 100fs,功率 15kW,中心波長(zhǎng) 1.55μm)輸入到內(nèi)芯(也就是圖 2(a)中的 1 號(hào)芯)時(shí),作者討論了纖芯間距對(duì)超連續(xù)產(chǎn)生的影響。在模擬中,所有芯徑假設(shè)為 6μm。(1)若此時(shí)纖芯距離很近,芯距為 12μm,纖芯與纖芯之間處于強(qiáng)耦合狀態(tài),脈沖演化如圖 3 所示:第一行代表中間纖芯處脈沖在時(shí)域和頻域的演化,第二行代表外圍纖芯處脈沖在時(shí)域和頻域的演化。由圖可見(jiàn),初始脈沖會(huì)迅速激發(fā)出低能量的模式 A 和高能量的模式 F。然而,強(qiáng)耦合狀態(tài)下模式 A 與模式 F 的傳播速度差異很大,脈沖會(huì)迅速分裂成時(shí)間上不重合的兩個(gè)孤子。模式 A 和 F 分別獨(dú)立的進(jìn)行自身的拉曼孤子自頻移,并產(chǎn)生色散波(都是模式 A,可能是 A 模式才滿(mǎn)足相位匹配導(dǎo)致),且內(nèi)外芯都能產(chǎn)生色散波,頻率有略微差異)。由于模式 F 能量更高,模式 F 的紅移量要大于模式 A。
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