雖然光子晶體(ti) 光纖的出現極大的推動了超連續光源的產(chan) 生以及商用化，但是大功率的可見光波段的超連續一直是一個(ge) 難以攻克的難題，目前最高的商用產(chan) 品為(wei) 6W，而且主要能量不在可見光），主要是因為(wei) 色散與(yu) 泵浦源波長的匹配要求光纖直徑將非常細（零色散波長移至可見光，芯徑約為(wei) 1微米），這樣更高的功率可能會(hui) 超出光纖本身的損傷(shang) 閾值，從(cong) 而無法實現。然而，大功率的可見光超連續白光源在照明、生物及軍(jun) 事光電對抗方麵具有很大的應用前景，也是超連續產(chan) 生的一個(ge) 研究和應用方向。我們(men) 得到自然科學基金資助，嚐試利用全固光子帶隙光纖來解決(jue) 這一難題。全固光子帶隙光纖結合了傳(chuan) 統光纖以及前兩(liang) 種光子晶體(ti) 光纖的多重優(you) 點，沒有空氣孔，加工製作非常簡單方便，易與(yu) 傳(chuan) 統光纖接續與(yu) 集成。另外，全固光子晶體(ti) 光纖能夠同時擁有合適的色散曲線與(yu) 足夠大的纖芯直徑，從(cong) 而有可能解決(jue) 上麵提到的多孔光子晶體(ti) 光纖無法實現短波長區（可見光）的大功率超連續輸出這一問題。更進一步，全固光子晶體(ti) 光纖能夠實現多個(ge) 零色散波長在整個(ge) 頻譜範圍內(nei) 的分布，這樣就非常有利於(yu) 人們(men) 選擇想要的波長範圍，從(cong) 而有針對性去實現超連續產(chan) 生。圖2展示了我們(men) 製作的全固光子帶隙光纖以及在可見光波段非線性的產(chan) 生的初步結果，進一步的結果還在進行中。

圖2. 利用全固光子帶隙光纖產(chan) 生可見光超連續

光子晶體(ti) 光學產(chan) 生超連續的另一個(ge) 重要應用是在光學頻率梳方麵。光學頻率梳（光梳）【8】可作為(wei) 很多高端研究的基礎科學儀(yi) 器，例如原子躍遷頻率的精密測量、光鍾的頻率測量、精細結構常數測量、引力波測量、微重力測量、係外行星探測、高精度絕對距離測量、高精度快速傅裏葉變換光譜學、光頻與(yu) 射頻之間的轉換裝置、導航定位、時間頻率標準傳(chuan) 遞等。20世紀90年代飛秒激光器的發展以及光子晶體(ti) 光纖的發明，為(wei) 光梳的研究帶來了契機。國外光梳的研究以Max-Plank研究所和Colorado大學、美國國家標準局NIST的研究最為(wei) 著名。Max-Plank研究所的T. Hänsch 和Colorado大學的J. Hall因為(wei) 在光梳方麵的傑出貢獻而被授予2005年諾貝爾物理學獎。

圖3 光子晶體(ti) 光纖的應用解決(jue) 了光頻梳擴頻的核心技術問題，為(wei) 2005年諾貝爾物理獎作出了貢獻。

國內(nei) 光梳的研究始於(yu) 2003年，自然科學基金委員會(hui) 設立了《新一代光學頻標物理及技術的基礎研究》重大基金項目，集中了科學院物理所、北京大學、武漢數學物理所、華東(dong) 師範大學等單位開展了鈦寶石激光光梳以及以光梳為(wei) 基礎的原子頻標的研究。除了基於(yu) 鈦寶石激光器的光梳研究，北京大學研究組也率先在國內(nei) 開展了基於(yu) 摻Er和摻Yb光纖光梳的研究。截止到目前為(wei) 止，我們(men) 已經成功利用拉錐的光子晶體(ti) 光纖，實現了摻Yb光纖激光器輸出的飛秒脈衝(chong) 光的擴譜工作，僅(jin) 利用幾十厘米的拉錐光子晶體(ti) 光纖就實現了從(cong) 500-1400nm的寬帶擴譜光源，為(wei) 下一步光鍾的鎖定奠定了基礎。

Ⅱ 在光纖陀螺光纖光源中的應用
高精度幹涉型光纖陀螺光源必須保持非常穩定的平均波長以確保光纖陀螺穩定的標度因數。導航級光纖陀螺甚至要求長時間的標度因數穩定性達到10－6【9】，這對寬譜光源提出了很高的要求。基於(yu) 摻Er光纖自發輻射效益（ASE）的超輻射光纖光源（SFS）是目前高精度光纖陀螺的首選。但是從(cong) 已有的研究成果看，超輻射光源要想平均波長變化小於(yu) 10ppm相當困難。我們(men) 通過利用全固光子帶隙光纖的作為(wei) 可調節寬帶濾波器的特點，把其集成在摻Er光纖光源中，使其成功補償(chang) 了原有摻Er光纖光源的平均波長隨溫度的變化，達到在全溫（－40到70度）範圍內(nei) 平均波長編號10ppm以內(nei) ，滿足實用的要求。
我們(men) 采用雙程正向的基本光路結構【9】，參見圖3。其中，1550/980nm WDM把980nm的泵浦LD（波長974.2nm，功率60mW）輸出光耦合至8m長的Er光纖（fibercore M12光纖，吸收：11dB/974nm），WDM的另外一端接連Faraday旋光鏡，用來消除偏振帶來的平均波長不穩定。同時，Er光纖直接焊接高隔離度的雙極隔離器作為(wei) 輸出。隔離器之後的光纖焊接一端全固光子帶隙光纖用於(yu) 補償(chang) 輸出光譜隨溫度的變化。

 
圖3 集成全固光子帶隙光纖雙程正向摻Er超輻射光纖光源

雙程正向摻Er光纖光源，在60mW的泵浦下，Er光纖8m長，其輸出功率為(wei) 14mW。把Er光纖置於(yu) 高低溫箱中進行溫度循環，光纖在10℃和70℃時的輸出光譜分別為(wei) 圖4（a）中的實線和虛線。此結果也從(cong) 側(ce) 麵說明1529nm發射峰更容易受溫度影響而發生相對劇烈的變化，而1558nm發射峰幾乎不受溫度變化的影響。此SFS光源其平均波長熱係數呈現拋物線型變化，具體(ti) 情況如圖5所示。
平均波長溫度曲線的中心對稱溫度約在10℃左右[17]，這種非線性的平均波長變化很難使用通常的光纖光柵加以補償(chang) ，比如長周期光纖光柵等。全固光子帶隙光纖被用來成功補償(chang) 此SFS光源平均波長的變化，此光纖的高折射率棒和高折射率周期分別為(wei) 3.8m和8m，芯徑為(wei) 12.3m。取4cm長的此種光子帶隙光纖，兩(liang) 端分別焊接上兩(liang) 段傳(chuan) 統單模光纖（SMF28），通過截斷法測出此段光子帶隙光纖在1530-1580nm範圍內(nei) 的插損隨波長的變化，如圖4（b）所示。此波段正對應著全固光子帶隙光纖的第一個(ge) 帶隙的短波長邊到中心部分，1580nm處的插損經測量為(wei) 1.85dB，其主要是由光纖兩(liang) 段的焊接損耗引起的。然而在靠近短波邊部分，比如在1530nm其插損就已經達到12dB，這是由於(yu) 帶隙導波機製引起的。通過此段全固光子帶隙光纖，摻Er超輻射光纖光源的1529nm發射峰被大大的抑製了，而1558nm發射峰幾乎沒有影響（見圖4（c）），這樣就能夠降低更易受溫度變化影響的1529nm發射峰對最終SFS光源平均波長溫度效應的影響。

圖4. (a) 未補償(chang) 的SFS光源輸出譜（10 ℃：實線，70 ℃ 虛線); (b)全固光子帶隙光纖的插損; (c)把集成全固光子帶隙光纖的SFS光源的全固光纖置於(yu) 高低溫箱中，測量輸出光譜（10 ℃：實線， 70 ℃虛線).

此全固光子帶隙光纖被固定在一個(ge) 特殊設計的熱雙金屬片上。此雙金屬片在10℃的情況下，能夠保持平直。我們(men) 僅(jin) 把固定於(yu) 雙金屬片上的全固光子帶隙光纖置於(yu) 高低溫箱中，測量集成光子帶隙光纖的SFS光源輸出譜的情況，如圖4（c），圖中顯示的全固光纖在溫度高於(yu) 10℃以後，會(hui) 發生彎折，引起其輸出譜短波邊的損耗增加，此時寬帶光源本身的平均波長減小，而雙金屬片彎曲能夠彎折光子帶隙光纖從(cong) 而增加其通光帶在短波邊的損耗，相當於(yu) 增大通光譜的平均波長，起到補償(chang) 的作用；當溫度降低的時候，寬帶光源本身的平均波長也減小，這時雙金屬片也會(hui) 彎曲同樣能夠彎折光子帶隙光纖從(cong) 而增加其通光帶在短波邊的損耗，起到平均波長的補償(chang) 作用。最後平均波長在全溫（-40到70度）能夠被控製在10ppm以內(nei) ，達到光纖陀螺的使用要求。#p#分頁標題#e#
 
圖5 補償(chang) 前和補償(chang) 後的SFS光源平均波長隨溫度變化