群折射率匹配：克服蓝光缺陷

图2.群折射率的匹配对于增强蓝光波段非常重要。耦合到光纤中的泵浦脉冲波长处在反常色散区，但是接近零色散点。它产生孤子会自频移到长波段，同时也会产生短波辐射。由于长波和短波具有相同的群折射率，它们在光纤中同时传输，通过四波混频继续相互作用。这将使超连续谱向短波拓展直到孤子的结束，比如因为到了光纤的高耗损谱区。

       *终，红外孤子不再频移，可能是由于已经移到光纤的高损耗区。在多数PCF中，红外孤子频移止步于2.5μm波长处，主要是由于光纤纤芯中的OH（氢氧键）。当红外脉冲被吸收或散射时，就不存在驱动短波辐射向更短波长拓展的机制了。结果是，对于给定的光纤，存在由于这种机制产生的*短波长。这个*短的波长与被严重衰减的长波孤子具有相同的群折射率。

       大多数商用的高亮度超连续谱激光器依赖于工作在1064nm的超快光纤激光器来泵浦PCF。结果，在这些系统中使用的PCF都设计成在非常接近1064nm泵浦光波长处具有零GVD。这样的光纤已经成为人们使用1064nm泵浦产生超连续谱的优选（见图3，左侧小图）。人们经常提到的“无休止单模”（ESM）PCF可以在1030～1060nm范围内提供零GVD，同时也产生一种波导几何结构，在整个超连续光谱上传导基模。

图3.块状石英、以前超连续光源中使用的无休止单模光纤（ESM）以及直径为5μm的空气孔环绕的石英光纤（大空气孔的近似PCF）的实际群折射率曲线比较。这三条曲线在长波处的不同特性产生不同的短波。一般来说，PCF中的*大的空气孔将产生更短的波长。对于其中两种情况，垂直的点线表明了长波吸收边沿（这里假设是2.5μm）和*短群折射率匹配波长的关系。

       基于我们对PCF中产生超连续谱的新认识，ESM光纤并不是*优化的设计，由于GVD曲线形状限制了超连续谱的短波边沿到达450～500nm波段。然而，通过改变所使用的光纤设计（见图3，右侧小图），可以产生具有更短波长的超连续谱。

       这种新的认识改变了PCF的设计目标，其不再是优化零GVD波长以及按照无休止单模光纤设计，新方法的目标是优化覆盖整个光谱从紫外到红外超过3μm的GVD曲线。光纤纤芯要求在5μm附近，这是要求零GVD波长合理地接近泵浦波长1.06μm所决定的。然而空气填充率是一个自由参量，*高的空气填充率可以产生*短的波长，*接近暴露在空气中的薄石英片。

       设计结果令人振奋，与以前使用商用的ESM非线性光纤的结果相比，使用新型设计的光纤产生的超连续谱在蓝光和紫外光谱部分多出了50～100nm。