Kontinuumo generavimas fotoninių kristalų šviesolaidyje

Abstract

Sklindant siauro spektro šviesos impulsams netiesine terpe, dėl netiesinių efektų spektras gali smarkiai išplisti (kelis šimtus nanometrų), generuojama koherentinė balta šviesa – superkontinuumas. Tai gali būti taikoma, pvz., optinių komponentų charakterizavimui, spektroskopijoje, optinių ryšių linijose bei optinėje koherentinėje tomografijoje. Naudojant skaitinį modeliavimą, tezėmis pateikiama superkontinuumo generacijos (SG) fotoninių kristalų šviesolaidžiuose analizė. Pateiktais rezultatais aptariamos superkontinuumo laikinės ir spektrinės charakteristikos, aiškinamas esminis fizikinis spektro išplitimo procesas. Didžiausias dėmesys skiriamas SG fotoniniame šviesolaidyje su vienu nulinės dispersijos bangos ilgiu, esant femtosekundiniam kaupinimui anomalioje GGD srityje, kur detaliai tiriami tokie procesai kaip solitonų skilimas, Ramano sklaida ir dispersinės bangos formavimasis. Toliau tiriamas femtosekundinis kaupinimas trijuose skirtinguose fotoninių kristalų šviesolaidžiuose su dviem nulinės dispersijos bangų ilgiais. Taip pat tiriamos superkontinuumo spektrų priklausomybės nuo pradinių kaupinimo impulsų galių ir trukmių. Nustatyta, kad pradiniame sklidimo etape spektro išplitimas sąlygojamas fazinės savimoduliacijos, po to spektras plinta dėl solitono savaiminio dažnio poslinkio ir dispersinių bangų formavimosi. Baigiamojoje dalyje pateikiamos išvados.

The extreme spectral broadening of pulses with an initially narrow spectrum propagating in a nonlinear medium is known as supercontinuum generation (SG). The supercontinuum is spatially coherent and the spectral bandwidth can span several hundreds of nanometers. This has applications in, e.g., component characterization, spectroscopy, optical communications, and optical coherence tomography. This thesis presents a study of SG in photonic crystal fibers (PCFs) using numerical modeling. Results from numerical simulations are used to discuss the temporal and spectral characteristics of the supercontinuum, and to interpret the physics of the underlying spectral broadening processes. Particular attention is given to the case of supercontinuum generation seeded by femtosecond pulses in the anomalous group velocity dispersion regime of photonic crystal fiber with one zero-dispersion wavelength, where the processes of soliton fission, stimulated Raman scattering, and dispersive wave generation are reviewed in detail. Further, femtosecond pumping is investigated in three different PCFs with two zero-dispersion wavelengths. Supercontinuum spectrum dependences of the initial pump pulses power and duration was investigated also. It is found that the spectral broadening is dominated by self-phase modulation on the initial distance of the fiber, followed by soliton self-frequency shift and amplification of dispersive waves. Concluding part presents inferences.