本文实验并理论研究了利用高能量、高重复频率皮秒Nd：YVO4激光器作为泵浦在大模场光子晶体光纤中产生超连续光谱（SC），目的是将它用作相干反斯托克斯拉曼散射装置中的斯托克斯光束。分析了光纤结构和长度对超连续光谱的超功率、光谱形状和群色散的影响，并确定了稳定超连续光谱产生的实验条件。基于光子晶体光纤（PCF）的超连续光谱生成吸引了大量研究人员的兴趣，并在光纤通信、计量、医学诊断和生物光子学等多个领域产生了新的应用。

如图1所示，特殊设计的空穴结构可控制光纤中色散，这反过来又有助于各种非线性效应的相互作用，如受激拉曼散射、参量四波混频、孤子演化和色散波产生，从而导致显著的光谱展宽。

图1 光子晶体光纤中的超连续光谱的产生

为了验证理论模型，作者收集了具有不同脉冲能量下10米长LMA-20 PCF的SC光谱，并将结果与图中的理论模拟曲线相结合对比。如图2所示，实验光谱与模拟预测谱的形状和主要边带位置基本一致。峰值结构的偏差可能是由于光谱仪模型的标定误差、有限分辨率和有限的动态范围所致。光纤中的弯曲和张力也是造成理论和实验数据差异的原因之一，因为它们的影响难以用数值表示。

图2 10米长LMA-20PCF的SC输出：实验值(粉色线)和模拟值(蓝色线)
超连续光谱输出光功率分别为0.067μJ(A,B),0.17μJ(C,D),0.31μJ(E,F),0.63μJ(G,H),和1.27μJ(I,J)。 (i)中的点划线表示光纤色散曲线

作者通过比较从5m长的LMA-15、LMA-20和LMA-25光纤产生的SC频谱来检查SC脉冲能量和频谱的差异，如图3（a）所示，在1.36W较低的泵浦功率下，与具有相同激励功率的较大芯相比，具有较小芯的光纤中的SC谱上获得更宽的波长扩展。这是由于较小的有效面积，导致较高的非线性系数，因此增强了波长扩展。如图3（b）所示，是在3.8W的较高泵浦功率下三种光纤的SC谱。尽管长波长一侧具有相似的展宽，但SC光谱在可见范围内表现出巨大的差异。

图3 5米长的LMA-15、LMA-20和LMA-25光纤在泵浦功率(A)1.36w和(B)3.8W下产生的SC谱图

影响SC脉冲输出的另一个因素是光纤长度。如图4所示，对于2m长的LMA-20光纤，在1000~1600 nm范围内，光谱强度的变化超过15dB，而长5米和10米长光纤的光谱强度变化分别为7.7dB和6.5dB。图5所示为SC输出功率随输入功率变化关系。

图4 在泵浦功率为(a)1.36w和(b)5.8 W下，由长度为2米、5米和10米长的LMA-20光纤产生的SC谱图

图5 (a) 2米长的LMA-20光纤产生的SC谱图 (b) SC输出功率随输入功率的变化关系

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