近日，我室硕士生袁媛（第一作者）和戴世勋研究员（通讯作者）在Journal of the Optical Society of America B期刊上发表了题为“Ultrabroadband and coherent mid-infrared supercontinuum generation in all-normal dispersion Te-based chalcogenide all-solid microstructured fiber”论文(Journal of the Optical Society of America B.2020,37(2),227-232. https://doi.org/10.1364/JOSAB.37.000227)。

      中红外超连续谱（SC谱）光源因其空间相干性好、高亮度、宽带宽等优点在光学频率梳、空气污染监测、疾病诊断和荧光成像等诸多领域具有重要的应用前景，而在光学相干层析仪、光频计量学、通信以及超短脉冲的产生等领域都要求SC谱具有较高的相干性。基于硫系光纤的中红外SC谱的产生总是在反常色散区泵浦，SC展宽机制主要是孤子效应，即高阶孤子分裂为一系列基态孤子，同时在正常色散区伴随着色散波的产生。然而该过程中的调制不稳定性会对噪声进行放大，导致产生的光谱成分具有复杂的光谱结构。由于相对相位和强度的波动，SC谱的相干性很低，从而限制了某些应用中的光谱分辨率和精度。获得相干SC谱的常用方法是利用超短激光泵浦具有全正色散特性的光纤。本工作设计并制备了在2~13.5 μm波段内具有全正色散特性的新型Te基全固态微结构光纤。采用数控精密钻孔法制备出了高精度的四孔全固态微结构Ge₂₀As₂₀Se₂₀Te₄₀光纤预制棒，空气孔由As₂S₃玻璃细棒填充，使用管棒法拉制出光纤直径300 μm、芯径9.8 μm的全固态微结构光纤。采用脉宽150 fs、重复频率1kHZ的OPA激光器在不同工作波长下泵浦16 cm长的光纤，最终在5 μm泵浦波长下获得了2~13.2 μm波段超宽的超连续谱输出，模拟结果与实验结果相吻合。采用一阶相干因子的方法来判定SC谱的相干性，越接近1相关性越高，理论计算结果表明在整个输出波段2~13.2μm范围内，超连续谱都具有高的相关性。

图1.（a）Ge₂₀As₂₀Se₂₀Te₄四孔微结构光纤预制棒；（b）预制棒横截面；

（c）As₂S₃细棒；（d）组合的全固态微结构光纤预制棒

图2. 全固态微结构光纤端面及沿X轴方向的折射率分布

图3.（a）实验测量和模拟的不同泵浦波长下（5、6、7 μm）的超连续谱输出；（b）数值模拟的5 μm泵浦波长下超连续谱输出及其相干特性