虽然光子晶体光纤的出现极大的推动了超连续光源的产生以及商用化，但是大功率的可见光波段的超连续一直是一个难以攻克的难题，目前最高的商用产品为6W，而且主要能量不在可见光），主要是因为色散与泵浦源波长的匹配要求光纤直径将非常细（零色散波长移至可见光，芯径约为1微米），这样更高的功率可能会超出光纤本身的损伤阈值，从而无法实现。然而，大功率的可见光超连续白光源在照明、生物及军事光电对抗方面具有很大的应用前景，也是超连续产生的一个研究和应用方向。我们得到自然科学基金资助，尝试利用全固光子带隙光纤来解决这一难题。全固光子带隙光纤结合了传统光纤以及前两种光子晶体光纤的多重优点，没有空气孔，加工制作非常简单方便，易与传统光纤接续与集成。另外，全固光子晶体光纤能够同时拥有合适的色散曲线与足够大的纤芯直径，从而有可能解决上面提到的多孔光子晶体光纤无法实现短波长区（可见光）的大功率超连续输出这一问题。更进一步，全固光子晶体光纤能够实现多个零色散波长在整个频谱范围内的分布，这样就非常有利于人们选择想要的波长范围，从而有针对性去实现超连续产生。图2展示了我们制作的全固光子带隙光纤以及在可见光波段非线性的产生的初步结果，进一步的结果还在进行中。

图2. 利用全固光子带隙光纤产生可见光超连续

光子晶体光学产生超连续的另一个重要应用是在光学频率梳方面。光学频率梳（光梳）【8】可作为很多高端研究的基础科学仪器，例如原子跃迁频率的精密测量、光钟的频率测量、精细结构常数测量、引力波测量、微重力测量、系外行星探测、高精度绝对距离测量、高精度快速傅里叶变换光谱学、光频与射频之间的转换装置、导航定位、时间频率标准传递等。20世纪90年代飞秒激光器的发展以及光子晶体光纤的发明，为光梳的研究带来了契机。国外光梳的研究以Max-Plank研究所和Colorado大学、美国国家标准局NIST的研究最为著名。Max-Plank研究所的T. Hänsch 和Colorado大学的J. Hall因为在光梳方面的杰出贡献而被授予2005年诺贝尔物理学奖。

图3 光子晶体光纤的应用解决了光频梳扩频的核心技术问题，为2005年诺贝尔物理奖作出了贡献。

国内光梳的研究始于2003年，自然科学基金委员会设立了《新一代光学频标物理及技术的基础研究》重大基金项目，集中了科学院物理所、北京大学、武汉数学物理所、华东师范大学等单位开展了钛宝石激光光梳以及以光梳为基础的原子频标的研究。除了基于钛宝石激光器的光梳研究，北京大学研究组也率先在国内开展了基于掺Er和掺Yb光纤光梳的研究。截止到目前为止，我们已经成功利用拉锥的光子晶体光纤，实现了掺Yb光纤激光器输出的飞秒脉冲光的扩谱工作，仅利用几十厘米的拉锥光子晶体光纤就实现了从500-1400nm的宽带扩谱光源，为下一步光钟的锁定奠定了基础。

Ⅱ 在光纤陀螺光纤光源中的应用
高精度干涉型光纤陀螺光源必须保持非常稳定的平均波长以确保光纤陀螺稳定的标度因数。导航级光纤陀螺甚至要求长时间的标度因数稳定性达到10－6【9】，这对宽谱光源提出了很高的要求。基于掺Er光纤自发辐射效益（ASE）的超辐射光纤光源（SFS）是目前高精度光纤陀螺的首选。但是从已有的研究成果看，超辐射光源要想平均波长变化小于10ppm相当困难。我们通过利用全固光子带隙光纤的作为可调节宽带滤波器的特点，把其集成在掺Er光纤光源中，使其成功补偿了原有掺Er光纤光源的平均波长随温度的变化，达到在全温（－40到70度）范围内平均波长编号10ppm以内，满足实用的要求。
我们采用双程正向的基本光路结构【9】，参见图3。其中，1550/980nm WDM把980nm的泵浦LD（波长974.2nm，功率60mW）输出光耦合至8m长的Er光纤（fibercore M12光纤，吸收：11dB/974nm），WDM的另外一端接连Faraday旋光镜，用来消除偏振带来的平均波长不稳定。同时，Er光纤直接焊接高隔离度的双极隔离器作为输出。隔离器之后的光纤焊接一端全固光子带隙光纤用于补偿输出光谱随温度的变化。

 
图3 集成全固光子带隙光纤双程正向掺Er超辐射光纤光源

双程正向掺Er光纤光源，在60mW的泵浦下，Er光纤8m长，其输出功率为14mW。把Er光纤置于高低温箱中进行温度循环，光纤在10℃和70℃时的输出光谱分别为图4（a）中的实线和虚线。此结果也从侧面说明1529nm发射峰更容易受温度影响而发生相对剧烈的变化，而1558nm发射峰几乎不受温度变化的影响。此SFS光源其平均波长热系数呈现抛物线型变化，具体情况如图5所示。
平均波长温度曲线的中心对称温度约在10℃左右[17]，这种非线性的平均波长变化很难使用通常的光纤光栅加以补偿，比如长周期光纤光栅等。全固光子带隙光纤被用来成功补偿此SFS光源平均波长的变化，此光纤的高折射率棒和高折射率周期分别为3.8m和8m，芯径为12.3m。取4cm长的此种光子带隙光纤，两端分别焊接上两段传统单模光纤（SMF28），通过截断法测出此段光子带隙光纤在1530-1580nm范围内的插损随波长的变化，如图4（b）所示。此波段正对应着全固光子带隙光纤的第一个带隙的短波长边到中心部分，1580nm处的插损经测量为1.85dB，其主要是由光纤两段的焊接损耗引起的。然而在靠近短波边部分，比如在1530nm其插损就已经达到12dB，这是由于带隙导波机制引起的。通过此段全固光子带隙光纤，掺Er超辐射光纤光源的1529nm发射峰被大大的抑制了，而1558nm发射峰几乎没有影响（见图4（c）），这样就能够降低更易受温度变化影响的1529nm发射峰对最终SFS光源平均波长温度效应的影响。

图4. (a) 未补偿的SFS光源输出谱（10 ℃：实线，70 ℃ 虚线); (b)全固光子带隙光纤的插损; (c)把集成全固光子带隙光纤的SFS光源的全固光纤置于高低温箱中，测量输出光谱（10 ℃：实线， 70 ℃虚线).

此全固光子带隙光纤被固定在一个特殊设计的热双金属片上。此双金属片在10℃的情况下，能够保持平直。我们仅把固定于双金属片上的全固光子带隙光纤置于高低温箱中，测量集成光子带隙光纤的SFS光源输出谱的情况，如图4（c），图中显示的全固光纤在温度高于10℃以后，会发生弯折，引起其输出谱短波边的损耗增加，此时宽带光源本身的平均波长减小，而双金属片弯曲能够弯折光子带隙光纤从而增加其通光带在短波边的损耗，相当于增大通光谱的平均波长，起到补偿的作用；当温度降低的时候，宽带光源本身的平均波长也减小，这时双金属片也会弯曲同样能够弯折光子带隙光纤从而增加其通光带在短波边的损耗，起到平均波长的补偿作用。最后平均波长在全温（-40到70度）能够被控制在10ppm以内，达到光纤陀螺的使用要求。#p#分页标题#e#
 
图5 补偿前和补偿后的SFS光源平均波长随温度变化