飛秒脈沖抽運摻鐿微結(jié)構(gòu)光纖產(chǎn)生超連續(xù)譜的實驗研究*

王偉 左玉婷 董婷婷 朱維震 林天旭 徐海東 卿源 韓穎? 齊躍峰 侯藍田

1)(燕山大學信息科學與工程學院,秦皇島 066004)

2)(河北省特種光纖與光纖傳感重點實驗室,秦皇島 066004)

3)(南京信息工程大學,江蘇省氣象探測與信息處理重點實驗室,南京 210044)

1 引 言

超連續(xù)譜(supercontinuum,SC)是指抽運光經(jīng)過非線性介質(zhì)后光譜得到極大展寬的現(xiàn)象,具有輸出光譜寬、亮度高、空間相干性好等特點[1].而微結(jié)構(gòu)光纖(microstructure fiber,MSF)因兼具色散可控性及高非線性,成為產(chǎn)生SC的有效非線性介質(zhì)[2?4],其所激發(fā)出的SC在脈沖壓縮、光學頻率梳、光學相干層析成像技術(shù)、干涉測量儀[5?8]等方面均有重要應用.

根據(jù)抽運方式的不同,將SC的產(chǎn)生方式分為以下兩種.一種是利用單束光抽運MSF產(chǎn)生SC.當抽運光位于MSF的不同色散區(qū)時SC的產(chǎn)生機理有所不同,抽運光位于正常色散區(qū)時SC的產(chǎn)生機理以自相位調(diào)制作用為主[9?11],位于反常色散區(qū)時產(chǎn)生機理以高階孤子分裂、拉曼孤子自頻移、色散波為主[12?14].另一種是抽運光和種子光同時耦合進活性光纖,利用活性離子的波長轉(zhuǎn)換和放大作用產(chǎn)生SC.活性光纖通常為摻鐿微結(jié)構(gòu)光纖(Yb3+-doped microstructure fiber,Yb3+-MSF),種子光在非線性作用下產(chǎn)生SC,而Yb3+吸收抽運光并放大種子光,使得種子光在光纖中傳輸時維持較高峰值功率.2007年,Roy等[15]利用975 nm的連續(xù)光和1062 nm的納秒脈沖同時耦合進具有雙包層的Yb3+-MSF中,種子光在非線性效應的作用下于正常色散區(qū)產(chǎn)生波長范圍為500—900 nm的SC.2016年,Louot等[16]利用980 nm的連續(xù)光和1064 nm的皮秒脈沖同時耦合進Yb3+-DPCF,產(chǎn)生波長范圍為1064—1600 nm的SC并應用于CARS光譜.2016年,Baselt等[17]利用976 nm的連續(xù)光和1064 nm的納秒脈沖同時耦合進Yb3+-MSF,得到平坦、高功率密度的波長范圍為1100—1370 nm的SC.2017年,Baselt等[18]又建立了微分效率較高的全光纖SC系統(tǒng)并得到波長范圍為1.1—1.4 μm的SC.為保證Yb3+-MSF的吸收效率,選擇輸出波長為975,976或980 nm的激光器作為抽運光源,這些激光器的輸出光通常為連續(xù)光,但連續(xù)光的峰值功率較低.而為了在較短MSF內(nèi)產(chǎn)生SC,需在MSF中同時注入種子光以增加非線性轉(zhuǎn)換效率,但這同時也增加了實驗系統(tǒng)的復雜性.文獻[19]證明了可以采用鈦藍寶石飛秒激光器抽運Yb3+-MSF產(chǎn)生SC,抽運波長位于MSF的正常色散區(qū),Yb3+的發(fā)射峰位于MSF的反常色散區(qū),利用飛秒脈沖的高峰值功率,結(jié)合Yb3+的波長轉(zhuǎn)換和放大的作用產(chǎn)生SC.

本文首先對自制Yb3+-MSF1和Yb3+-MSF2的色散特性進行數(shù)值模擬并得到了兩MSFs的零色散點波長; 然后利用連續(xù)光分別抽運兩MSFs,研究了抽運光偏離Yb3+吸收峰的程度對兩MSFs發(fā)光效率的影響; 接著利用鈦藍寶石飛秒激光器分別抽運兩MSFs,研究了抽運功率、發(fā)射光與零色散點的相對位置對超連續(xù)譜的影響,以及抽運波長、MSF長度對超連續(xù)譜的影響; 最后對Yb3+-MSF2進行拉錐,對錐區(qū)處色散特性變化對色散波藍移的影響以及光能量泄露對拉曼孤子紅移的影響進行了研究.與同時將抽運光與種子光耦合進Yb3+摻雜MSF的實驗方案相比,采用鈦藍寶石飛秒激光器作為唯一的抽運源,減小了實驗系統(tǒng)的復雜性,同時還可以利用鈦藍寶石飛秒激光器的波長可調(diào)特性,得到在一定波長范圍之內(nèi)的可調(diào)諧SC.

2 色散模擬及發(fā)射光譜特性研究

2.1 色散模擬

圖1為自制Yb3+-MSF1和Yb3+-MSF2的基模色散曲線圖,插圖(a)和圖(b)分別為兩MSFs端面圖.Yb3+-MSF1和Yb3+-MSF2纖芯采用同種摻Y(jié)b3+玻璃,纖芯材料的質(zhì)量百分比為1.5Yb2O3-3.0Al2O3-0.5K2O-95.0SiO2,用阿貝折射儀測得在波長589 nm處纖芯折射率為1.519.由數(shù)字顯微鏡測得Yb3+-MSF1的空氣孔平均直徑為4.29 μm,平均孔間距為5.16 μm,纖芯摻雜區(qū)域直徑為3.75 μm,空氣孔層數(shù)為8層,MSF外徑為153.34 μm.Yb3+-MSF2的空氣孔平均直徑為3.78 μm,平均孔間距為4.03 μm,纖芯摻雜區(qū)域直徑為3.14 μm,空氣孔層數(shù)為8層,MSF外直徑為109.69 μm.利用多極法模擬得到Y(jié)b3+-MSF1和Yb3+-MSF2的零色散波長分別位于1027和950 nm處.

圖1 Yb3+-MSF1、Yb3+-MSF2基模色散曲線圖(插圖(a)和(b)分別為Yb3+-MSF1,Yb3+-MSF2端面圖)Fig.1.Dispersion curve of the fundamental mode of Yb3+-MSF1 and Yb3+-MSF2,respectively(the inset figures show the cross section of the Yb3+-MSF1(a)and the Yb3+-MSF2(b)).

2.2 發(fā)射光譜特性

圖2為Yb3+-MSF2在不同波長的連續(xù)光抽運下測得的發(fā)射光譜圖,其中實驗用MSF長度為0.70 m,功率為0.40 W,波長分別為850,870,890 nm.圖2插圖中實線和虛線分別表示的是Yb3+在石英光纖中的吸收和發(fā)射截面[20].由圖2插圖可知,Yb3+存在兩個強烈的吸收峰,中心波長分別為915和975 nm,同時也可以看出,Yb3+的吸收光譜很寬,波長覆蓋850—1050 nm,Yb3+的發(fā)射光譜覆蓋900—1150 nm,在該區(qū)間內(nèi)也有兩個比較明顯的發(fā)射峰,中心波長分別位于975和1035 nm處.

圖2 抽運波長為850,870,890 nm時Yb3+-MSF2的發(fā)射光譜圖(插圖為Yb3+在石英光纖中的吸收和發(fā)射光譜圖[20])Fig.2.Emission spectrum of the Yb3+-MSF2 when pump wavelength is 850,870 and 890 nm,respectively(the inset figure shows the absorption and emission spectrum of Yb3+in silica fiber[20]).

對于Yb3+-MSF2,當抽運波長由850 nm逐漸增大至890 nm時,發(fā)射峰的中心波長均位于1035 nm處,同時抽運光的峰值在逐漸下降,發(fā)射峰峰值逐漸增高.采用輸出光譜中發(fā)射光占總光譜面積百分比g來進行Yb3+的發(fā)光效率的定量描述.當抽運波長由850 nm 增長至890 nm時,其g值由46.7%增至96.9%,所以當抽運波長為890 nm時,雖然偏離吸收最高峰達85 nm,但仍然有較高的發(fā)光效率.由圖2還可得知,當抽運波長從850 nm變化至890 nm時,其在MSF出射端的光譜并未發(fā)生展寬.這是因為利用連續(xù)光抽運Yb3+-MSF時,發(fā)射光也為連續(xù)光,盡管其功率沿MSF縱向逐漸積累,但由于連續(xù)光峰值功率低,因此沒有明顯的非線性效應產(chǎn)生.Yb3+-MSF1在纖芯區(qū)域的摻雜材料與Yb3+-MSF2相同,因此在發(fā)射光譜特性上與圖2展示的結(jié)果相同,發(fā)射峰中心波長同樣位于1035 nm處,同時當抽運波長由850 nm增至890 nm時,其g值由45.2%增至84.8%,同樣具有較高發(fā)光效率.

3 實驗裝置

圖3為飛秒脈沖抽運Yb3+-MSF的實驗裝置圖.抽運光源為美國Coherent公司的Mira900鈦藍寶石飛秒激光器,其輸出光脈沖寬度為120 fs,重復率為76 MHz,脈沖形狀為雙曲正割形.飛秒脈沖通過隔離器、衰減片及40倍透鏡耦合進Yb3+-MSF中.加入隔離器的目的是防止器件表面和MSF端面反射的光回到激光器內(nèi)損壞激光器.衰減片用于調(diào)節(jié)抽運光平均功率以研究功率對SC產(chǎn)生的影響.隔離器、衰減片、40倍透鏡的透過率和Yb3+-MSF端面的反射會造成抽運光功率的衰減,40倍透鏡與Yb3+-MSF的數(shù)值孔徑匹配會造成抽運光的耦合效率降低,通過實驗測量抽運光耦合進Yb3+-MSF的效率為60%.MSF尾端放置的CCD用于觀察Yb3+-MSF中的光場位置以確認飛秒脈沖是否耦合進纖芯.從Yb3+-MSF尾端出射的光被二分叉尾纖接收后同時耦合進光譜儀OSA1和OSA2,其中OSA1的型號為Avaspec-256,接收的波長范圍為200—1100 nm,分辨率為0.1 nm,OSA2的型號為Avaspec-NIR-256,接收的波長范圍為900—2500 nm,分辨率為6 nm.實驗之前已使用鹵鎢燈對兩光譜儀的響應進行了校準,故連接兩光譜儀的光譜可得到200—2500 nm的輸出光譜.

圖3 實驗裝置圖Fig.3.The experimental setup.

4 飛秒脈沖抽運Yb3+-MSF1和Yb3+-MSF2的實驗結(jié)果及分析

4.1 抽運功率、發(fā)射光與零色散波長相對位置對超連續(xù)譜產(chǎn)生的影響

圖4和圖5分別為Yb3+-MSF1和Yb3+-MSF2在不同抽運功率下產(chǎn)生的光譜圖,其中MSF長度為0.70 m,抽運波長為890 nm,抽運功率分別為0.10,0.20、0.30,0.40 W.圖4與圖5中的點劃線(綠色)、虛線(藍色)和實線(紅色)的位置分別代表了抽運光波長、零色散波長和發(fā)射光波長.從圖4中可以看出,抽運光均位于兩根MSFs的正常色散區(qū),而發(fā)射光分別位于Yb3+-MSF1的零色散波長附近以及Yb3+-MSF2的反常色散區(qū).插圖分別為CCD接收到的兩MSFs光場位置圖,從圖4可以看出抽運光已經(jīng)耦合進纖芯.

由圖4得知,當抽運功率為0.10 W時,抽運光相對于入射光譜來說有了一定程度的展寬,這種展寬由自相位調(diào)制作用產(chǎn)生的.與圖2中連續(xù)光抽運情況相比,位于1035 nm的發(fā)射光的半高寬并沒有明顯變化,這是由于發(fā)射光沿MSF積累的功率較弱,并沒有非線性效應產(chǎn)生.本實驗中,稀土離子的吸收再發(fā)射和超連續(xù)譜展寬效應共同參與飛秒抽運光的能量轉(zhuǎn)移,為了衡量超連續(xù)譜產(chǎn)生效率,同時去除抽運光耦合效率、MSF損耗等因素的影響,定義輸出光譜中超連續(xù)譜的產(chǎn)生效率h=1–Srp/S,其中Srp為接收到光譜中的殘余抽運光面積,包含飛秒抽運光和發(fā)射光兩部分,S為接收到光譜的總面積.當抽運功率增加到0.20 W時,抽運光的自相位調(diào)制作用進一步增強,但由于波長大于870 nm的部分被Yb3+完全吸收,故只觀察到輸出端光譜藍移; 對于發(fā)射光,其強度隨抽運功率增加而增強,但仍沒有明顯的非線性效應產(chǎn)生.當抽運功率增加到0.30 W時,在反常色散區(qū)出現(xiàn)基階孤子.孤子是反常色散及非線性平衡作用下的結(jié)果,然而抽運光位于正常色散區(qū),所以孤子并非由抽運光產(chǎn)生,而是由位于零色散波長附近的發(fā)射光產(chǎn)生,h=87.4%.與圖2對比可以發(fā)現(xiàn),雖然抽運功率為0.40 W的連續(xù)光平均功率高于0.30 W的飛秒脈沖,但是利用連續(xù)光抽運MSF時,并未在反常色散區(qū)產(chǎn)生孤子.因此此處產(chǎn)生孤子的原因可以解釋為: 位于1035 nm的發(fā)射光在被飛秒脈沖抽運激發(fā)、放大的同時被俘獲并演化成超短脈沖,盡管飛秒脈沖平均功率較低,但是其峰值功率很高,可于反常色散區(qū)在非線性作用下產(chǎn)生基階孤子.基階孤子在拉曼作用下紅移至1112 nm,與此同時,在滿足相位匹配條件的相應波長下產(chǎn)生色散波并藍移至692 nm.當抽運功率增加至0.40 W時,拉曼孤子進一步紅移至1256 nm,并伴隨著色散波藍移至621 nm,h達到93.5%.

圖4 抽運功率分別為0.10,0.20,0.30,0.40 W時Yb3+-MSF1產(chǎn)生的光譜圖(插圖為光場位置圖)Fig.4.The optical spectrum of Yb3+-MSF1 when pump power is 0.10,0.20,0.30 and 0.40 W,respectively(the inset figure shows optical field position).

由圖5可知,當抽運功率為0.10 W時,Yb3+-MSF2產(chǎn)生現(xiàn)象與Yb3+-MSF1類似,只有抽運光在一定程度上發(fā)生了展寬,在反常色散區(qū)的發(fā)射光譜并未出現(xiàn)明顯展寬.當抽運功率增加至0.20 W時,發(fā)射光在反常色散及非線性效應的共同作用下產(chǎn)生中心波長為1111 nm的基階孤子及761 nm的色散波,h=83.3%.當抽運功率增加至0.30 W時,在反常色散區(qū)產(chǎn)生高階孤子并分裂成多個基階孤子,各基階孤子在拉曼作用下發(fā)生紅移,同時在滿足相位匹配條件的波長處產(chǎn)生色散波并發(fā)生藍移,在正常色散區(qū)由于自相位調(diào)制、色散波的作用得到645—878 nm的SC.當抽運功率增加至0.40 W時,拉曼孤子進一步紅移,在反常色散區(qū)由于高階孤子分裂、拉曼孤子自頻移的作用使得光譜展寬合并得到1016—1346 nm的SC,在正常色散區(qū)SC的藍移邊緣進一步藍移至623 nm處.上述兩種情況,h均大于98%.由于自制的Yb3+-MSF并未進行脫水處理,使得位于1380 nm處的OH-吸收限制了拉曼孤子的紅移以及色散波的藍移,進而影響了SC的展寬.另外,由于Yb3+的強吸收作用使得頻譜分為兩部分.對比圖4及圖5可以發(fā)現(xiàn),Yb3+-MSF1的發(fā)射光位于零色散波長附近,利用飛秒脈沖抽運Yb3+-MSF1時產(chǎn)生孤子效應; 而相較于Yb3+-MSF1和Yb3+-MSF2的纖芯較小,非線性系數(shù)較大,且發(fā)射光位于距離零色散波長較遠的反常色散區(qū),利用飛秒脈沖抽運Yb3+-MSF2時更容易產(chǎn)生高階孤子分裂效應得到SC,因此具有更高的超連續(xù)譜產(chǎn)生效率.

圖5 抽運功率分別為0.10,0.20,0.30,0.40 W時Yb3+-MSF2產(chǎn)生的光譜圖(插圖為光場位置圖)Fig.5.The optical spectrum of Yb3+-MSF2 when pump power is 0.10,0.20,0.30 and 0.40 W,respectively(The inset figure shows optical field position).

4.2 抽運波長對超連續(xù)譜產(chǎn)生的影響

圖6和圖7分別為Yb3+-MSF1和Yb3+-MSF2在不同抽運波長下產(chǎn)生的光譜圖,其中,MSF長度為0.70 m,抽運功率為0.40 W,抽運波長分別為850,870,890 nm.由圖6可知,當抽運波長從890 nm藍移至870 nm時,拉曼孤子中心波長從1256 nm移至1161 nm,色散波中心波長從621 nm移至662 nm,這是由于抽運波長偏離Yb3+吸收峰的程度增加,使得Yb3+吸收能力降低,發(fā)射光沿程積累的功率較低,導致拉曼孤子的能量較弱,進而限制了孤子的紅移以及色散波的藍移;而當抽運波長為850 nm時,Yb3+吸收效率更低,使得發(fā)射光的功率更弱,未產(chǎn)生孤子及色散波.當抽運波長為850和870 nm時,h分別為65.2%和91.9%.

圖6 抽運波長分別為850,870,890 nm時Yb3+-MSF1產(chǎn)生的光譜圖Fig.6.The optical spectrum of Yb3+-MSF1 when the pump wavelength is 850,870 and 890 nm,respectively.

由圖7可知,當抽運波長從890 nm變化至870 nm時,Yb3+-MSF2的SC紅移邊緣從1346 nm移至1249 nm,藍移邊緣從623 nm移至670 nm;當抽運光為850 nm時,在反常色散區(qū)沒有非線性效應,在正常色散區(qū)僅由于抽運光自相位調(diào)制的作用使得光譜展寬至771 nm.結(jié)合圖6及圖7可知,抽運光的吸收效率對于SC的產(chǎn)生極其重要,當抽運光波長靠近Yb3+吸收峰時,兩MSFs吸收效率高,發(fā)射光積累的功率強,Yb3+-MSF1產(chǎn)生的拉曼孤子紅移距離遠,Yb3+-MSF2產(chǎn)生的SC范圍寬.同時還可得知,抽運波長可不必位于Yb3+吸收峰處,當抽運波長位于偏離吸收最高峰85 nm的890 nm時,MSF仍有較高的吸收和發(fā)射效率,并產(chǎn)生較寬范圍的SC,在抽運波長為850和870 nm時的h分別為65.3%和95.2%,略高于Yb3+-MSF1.雖然受本實驗室激光器的限制,飛秒脈沖波長僅能調(diào)至890 nm,但目前商用鈦藍寶石飛秒激光器的輸出波長可覆蓋660—1200 nm,以鈦藍寶石飛秒激光器作單抽運源,結(jié)合超短脈沖高峰值功率和波長可調(diào)諧特性對輸出光譜進行靈活調(diào)節(jié)得到可調(diào)諧SC,利用飛秒脈沖抽運Yb3+-MSF是一種非常有前景的SC產(chǎn)生方式.

圖7 抽運波長分別為850,870,890 nm時Yb3+-MSF2產(chǎn)生的光譜圖Fig.7.The optical spectrum of Yb3+-MSF2 when the pump wavelength is 850 and 890 nm,respectively.

4.3 MSF長度對超連續(xù)譜產(chǎn)生的影響

圖8和圖9分別為Yb3+-MSF1和Yb3+-MSF2在不同MSF長度下產(chǎn)生的光譜圖,其中,抽運波長為890 nm,抽運功率為0.40 W,MSF長度分別為0.50和0.70 m.從圖7中可知,當MSF長度從0.70 m縮短至0.50 m時,Yb3+-MSF1產(chǎn)生的拉曼孤子中心波長從1256 nm移至1102 nm,色散波中心波長從621 nm移至692 nm; Yb3+-MSF2產(chǎn)生的SC紅移邊緣從1346 nm移至1254 nm,藍移邊緣從623 nm移至661 nm.分析其原因為:MSF長度縮短使得Yb3+作用距離縮短,發(fā)射光沿程積累的功率較弱,導致Yb3+-MSF1拉曼孤子紅移距離及色散波藍移距離減小,Yb3+-MSF2產(chǎn)生的SC范圍減小.

圖8 MSF長度為0.50,0.70 m時Yb3+-MSF1的光譜圖Fig.8.The optical spectrum of Yb3+-MSF1 when fiber length is 0.50 and 0.70 m,respectively.

圖9 MSF長度為0.50,0.70 m時Yb3+-MSF2的光譜圖Fig.9.The optical spectrum of Yb3+-MSF2 when fiber length is 0.50 and 0.70 m,respectively.

5 錐形Yb3+-MSF2色散模擬及結(jié)果分析

5.1 色散模擬

拉錐可改變MSF的色散特性[21],但同時也會產(chǎn)生光泄露,為研究這些特性變化對SC產(chǎn)生的影響,本文對Yb3+-MSF2進行拉錐,研究在不同錐長下錐區(qū)處的色散變化及光泄露對SC產(chǎn)生的影響.當拉錐長度分別為3,5,7 mm時,測得Yb3+-MSF錐腰處的直徑分別為81.08,51.83,35.62 μm,相當于未拉錐Yb3+-MSF直徑的0.74,0.48,0.32倍,錐腰處的孔間距、空氣孔直徑及纖芯摻雜區(qū)域直徑均等比縮小.圖10為模擬得到的未拉錐Yb3+-MSF2及不同錐長Yb3+-MSF錐腰處的色散曲線圖,隨著拉錐長度增加,零色散波長從950 nm藍移至855,725,659 nm處,當錐長為7 mm時在1890 nm出現(xiàn)第二個零色散點.

圖10 未拉錐及錐形Yb3+-MSF2錐腰處的色散曲線圖Fig.10.Dispersion curve of untapered Yb3+-MSF2 and tapered Yb3+-MSF2 at the taper waist.

5.2 飛秒脈沖抽運錐形Yb3+-MSF2時的實驗結(jié)果及分析

圖11為Yb3+-MSF2拉錐前后產(chǎn)生SC的光譜圖,其中抽運波長為890 nm,抽運功率為0.40 W,拉錐前Yb3+-MSF2長度為0.50 m,錐長分別為3,5,7 mm,錐腰距離Yb3+-MSF前端約0.20 m.圖11中的點劃線(綠色)和實線(紅色)表示抽運光和發(fā)射光的波長位置,而虛線(藍色)為未拉錐Yb3+-MSF及錐形MSF錐腰處的零色散波長位置.當Yb3+-MSF拉錐后,MSF的長度和非線性系數(shù)會有一定的增加,但是同樣會在錐區(qū)引入較大的損耗,使得抽運光的能量產(chǎn)生泄露,同時因為錐區(qū)較短,抽運光不能得到充分吸收,從而影響到抽運光的轉(zhuǎn)化效率.另外,錐區(qū)的零色散波長向短波方向移動,使得抽運光位于錐區(qū)的反常色散區(qū),與拉曼孤子滿足相位匹配條件的色散波波長發(fā)生藍移,從而使得短波處SC展寬,而拉錐長度越長,錐腰處零色散波長越小,短波處SC展寬越寬.從圖11也可以看出,隨拉錐長度的增加,SC的紅移邊緣從1254 nm分別移至1243,1177,1159 nm,長波處的SC范圍有所縮短; 但SC的藍移邊緣分別從661 nm移至624,563,525 nm,短波處的SC范圍增加.

圖11 Yb3+-MSF2拉錐前后光譜圖Fig.11.Dispersion curve untapered and tapered Yb3+-MSF2 of the fundamental mode.

6 結(jié) 論

本文利用鈦藍寶石飛秒激光器抽運自制Yb3+-MSF產(chǎn)生超連續(xù)譜并研究其產(chǎn)生機理.利用連續(xù)光抽運Yb3+-MSF1和Yb3+-MSF2時,兩MSFs的發(fā)射峰均位于1035 nm; 隨著抽運光偏離Yb3+吸收峰的程度增加,兩MSFs的發(fā)光效率減小.但當抽運波長為890 nm時,Yb3+-MSF1和Yb3+-MSF2均有較高的發(fā)光效率,分別為84.8%和96.9%.利用波長為890 nm,功率為0.40 W的飛秒脈沖抽運兩MSFs時,發(fā)射光首先被抽運光激發(fā)、放大并俘獲,然后演化成超短脈沖,最后產(chǎn)生非線性效應.Yb3+-MSF1的發(fā)射光位于零色散波長附近,利用飛秒脈沖抽運Yb3+-MSF1時產(chǎn)生基階孤子并在拉曼作用下紅移至1256 nm,同時色散波藍移至621 nm; 對于Yb3+-MSF2,其纖芯較小、非線性系數(shù)較高,而且其發(fā)射光位于反常色散區(qū),利用飛秒脈沖抽運Yb3+-MSF2時更容易產(chǎn)生高階孤子分裂效應,在反常色散區(qū)及正常色散區(qū)分別得到波長范圍為1016—1346 nm及623—878 nm的超連續(xù)譜,而由于Yb3+的吸收作用使得光譜分為兩部分,又由于1380 nm處的OH-吸收限制了超連續(xù)譜的進一步展寬.稀土離子的吸收再發(fā)射和SC展寬效應共同參與飛秒抽運光的能量轉(zhuǎn)移,為了衡量SC產(chǎn)生效率,同時去除抽運光耦合效率、光纖損耗等因素的影響,Yb3+-MSF1和Yb3+-MSF2的輸出光譜中SC的產(chǎn)生效率最高可以達到98%以上.對Yb3+-MSF2進行拉錐后,錐腰處的光泄露造成拉曼孤子的能量減小,導致長波處超連續(xù)譜范圍縮短,隨拉錐長度增加,超連續(xù)譜紅移邊緣從1254 nm移至1159 nm,而拉錐會令錐腰處的零色散波長減小,與拉曼孤子滿足相位匹配條件的色散波波長藍移,從而使得短波處超連續(xù)譜展寬,隨拉錐長度增加,超連續(xù)譜藍移邊緣從661 nm移至525 nm.實驗證明拉錐有利于光譜向短波方向展寬.