摘 要：科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使光子晶體光纖在短短的十幾年里迅猛發(fā)展，光子晶體光纖的類型與結(jié)構(gòu)也越來越豐富，這也使光子晶體光纖飛秒技術(shù)的應(yīng)用變得越來越廣泛。為此，本文通過便對光子晶體光纖飛秒技術(shù)的實驗研究進展進行探討，特別是在高能量與高功率的飛秒技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向進行了深入闡述。

關(guān)鍵詞：光子晶體；光纖；飛秒技術(shù)；研究進展

一、非增益型光子晶體光纖飛秒技術(shù)的實驗研究進展及發(fā)展方向

現(xiàn)階段飛秒技術(shù)在光子晶體光纖中的應(yīng)用主要包括兩類，分別是增益型與非增益性，其中，非增益型是指光子晶體光纖中不摻雜有激活離子，它在非增益型光子晶體光纖中的應(yīng)用途徑是頻率變換與色散補償。

（一）高非線性光子晶體光纖

高非線性光子晶體光纖又被稱之為HNL-PCF，它是指在大空氣填充率包層中增設(shè)微米量級的小芯徑纖芯結(jié)構(gòu)，HNL-PCF主要用于非線性類型的頻率變換工作。21世紀(jì)初，Ranka等人提出利用飛秒脈沖能夠在HNL-PCF中產(chǎn)生一種可見的超連續(xù)光波段。在此后眾多學(xué)者便紛紛對這一現(xiàn)象的產(chǎn)生機理、抽運參數(shù)及HNL-PCF的特性這三者之間的關(guān)系進行大量的研究，由于光波段的產(chǎn)生機理和抽運脈沖的寬度是存在相關(guān)性的，因此通常情況下將這種超連續(xù)光波段分為兩種，即皮秒-連續(xù)光與超連續(xù)飛秒脈沖。在2006年，Dudley等人對超連續(xù)光波段的研究成果進行了全面、細致的對比與總結(jié)，并在頻率變換與飛秒超連續(xù)方面取得了較多實驗研究成果。在2006年以后，學(xué)者們主要致力于研究新型光子晶體光纖的開發(fā)工作，并通過創(chuàng)造不同的實驗條件來獲得更高的輸出參數(shù)。其中，方曉惠等人設(shè)計了一種多芯的高非線性光子晶體光纖，抽運源由飛秒激光放大裝置替代，通過對該高非線性PCF的相干性、遠場超連續(xù)光譜及模場分布的檢測，結(jié)果表明，利用高非線性光子晶體光纖是產(chǎn)生高功率飛秒白光源的重要發(fā)展方向之一。

（二）AS-PBGF

AS-PBGF又被稱之為全固型PBGF，PBGF是PCF進行導(dǎo)光時只能通過包層將部分帶隙波長光限制在PCF芯區(qū)中。AS-PBGF是在2005年被Luan等人研制出來的，它是一種全硅材料的PCF，內(nèi)部為全固態(tài)結(jié)構(gòu)，AS-PBGF主要是在濾波器件與色散補償器件中應(yīng)用。在2006年，Nielsen等人將AS-PBGF用于摻Y(jié)b3+光纖振蕩器的色散補償，并取得了理想效果，但它的應(yīng)用缺點是會產(chǎn)生較大損耗與TOD。在2008年，本課題組將全固型布拉格光纖與AS-PBGF進行結(jié)合研發(fā)出一種全固式光纖型濾波器，并取得了非常好的應(yīng)用效果。在未來，眾多學(xué)者將致力于利用AS-PBGF研發(fā)出更多性能強大的色散補償器件與色散補償器件，并正采取措施來克服它的應(yīng)用缺點。

（三）空芯型光子晶體光纖

空芯型PBGF是上世紀(jì)末由Cregen等人研制出的，它是通過7根預(yù)制棒來構(gòu)成大空氣芯的，如今通常將具備大空氣填充比包層與較大空氣芯的PBGF統(tǒng)一稱作空芯型PCF?？招拘蚉CF能夠降低色散與損耗，且能夠承受較大能量與光場功率，目前主要用于脈沖壓縮與高功率激光傳輸。在2003年，Quzounov等人利用空芯型PCF對900nJ、100fs的孤子脈沖進行了成功傳輸。在后續(xù)的幾年里，Wang等人于2012年通過實驗將74?J、850fs的高能飛秒脈沖進行了傳輸，并實現(xiàn)了對105?J、850fs光脈沖進行壓縮，使其成為300fs。在未來，空芯型PCF飛秒技術(shù)的飛秒脈沖傳輸速度將越來越快，壓縮性能也越來越好，這也使其應(yīng)用范圍將逐步得到擴大。

二、增益型光子晶體光纖飛秒技術(shù)的實驗研究進展及發(fā)展方向

所謂增益型光子晶體光纖是通過激光離子在PCF芯區(qū)中的摻入來形成增益波導(dǎo)?，F(xiàn)如今，增益型PCF的類型主要有小芯徑PCF、雙包層大模場面積PCF、棒狀PCF、大空氣孔間隔包層PCF及多芯PCF等。摻雜的激光子離主要有稀土離子、Tm3+、Er3+、Bi3+及Yb3+。它和單干般的單模增益光纖有所差異的是，增益型PCF具備單模大模場面積與色散可控特點，這也使增益型PCF成為一種新型增益介質(zhì)，通過飛秒激光技術(shù)在增益型PCF的應(yīng)用，能夠研發(fā)出體型更小、輸出功率更高的飛秒激光器?，F(xiàn)階段，利用增益型PCF研發(fā)出的飛秒激光器在一定程度上已經(jīng)超過了固體飛秒激光系統(tǒng)的激光參數(shù)，并逐漸成為一種新型的超快激光技術(shù)，這也使增益型PCF的研究已經(jīng)成為光子晶體光纖未來發(fā)展的重要方向之一。其中，經(jīng)過科研人員的大量實驗研究，分別于1999年、2000年、2004年、2010年及2011年在小芯徑PCF中陸續(xù)摻雜了Er3+、Yb3+、Nd3+、Bi3+及Tm3+離子，并已經(jīng)將小芯徑PCF應(yīng)用于飛秒激光振蕩器與飛秒激光放大器當(dāng)中，從而取得了一系列的成果。在雙包層大模場面積的PCF實驗研究中，已經(jīng)在工藝上實現(xiàn)了對空氣外包層厚度的降低，從而增加雙包層中的折射率差值，進而使其更適用于多模半導(dǎo)體激光器的抽運，其產(chǎn)品也將很快面世，這也進一步推動了高功率激光領(lǐng)域中增益型PCF的應(yīng)用。與此同時，科研人員為了消除雙包層大模場面積PCF低閾值熱損害，通過縮短光纖長度，并加厚光纖石英玻璃包覆層，又進一步研發(fā)出了棒狀PCF，這也使棒狀PCF在飛秒激光振蕩器與飛秒激光放大器中的應(yīng)用能夠獲得更高功率的激光輸出參數(shù)。由此可見，隨著增益型光子晶體的不斷研究，飛秒激光技術(shù)在增益型光子晶體中獲得的激光輸出參數(shù)也越來越高，這也使增益型光子晶體的研究在很大程度上促進了飛秒激光技術(shù)的發(fā)展，并已經(jīng)成為推動飛秒激光技術(shù)不斷發(fā)展的未來方向之一。

參考文獻：

[1]柴路，胡明列，方曉惠，劉博文，宋有建，栗巖鋒，王清月.光子晶體光纖飛秒激光技術(shù)研究進展[J].中國激光，2013，40（01）：7-20.

[2]胡明列，宋有建，劉博文，方曉惠，張弛，劉華剛，劉豐，王昌雷，柴路，邢岐榮，王清月.光子晶體光纖飛秒激光技術(shù)研究進展及其前沿應(yīng)用[J].中國激光，2009，36（07）：1660-1670.

[3]石俊凱，柴路，趙曉薇，李江，劉博文，胡明列，栗巖鋒，王清月.全光子晶體光纖單級直接放大產(chǎn)生34W高功率飛秒脈沖[J].中國激光，2014，41（02）：196-201.

作者簡介：王振杰（1970—），男，漢族，河南漯河人，本科，學(xué)士，講師，主要研究方向：應(yīng)用物理與電工電子技術(shù)。