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超连续谱(supercontinuum,SC)具有频谱宽、亮度高、相干性好等优良特性,在很多基础和应用科学领域都有广泛的应用。在中红外波段,高相干、倍频程SC一直吸引着科研人员的研究兴趣,并且随着激光器及新材料工艺的发展,对SC的研究也越来越深入。与此同时,一些新的应用也对超连续谱性能提出了更高要求。IV族元素,包括硅(Si)、锗(Ge)及其衍生物,因其在近红外至中红外波段的非线性应用潜力而受到极大的关注。其中,Si的透明窗口在2.2 μm至8.5 lμm的中红外区域,而Ge的透明窗口为1.5 μm至14.3μpm。同样,硫族化物,包括硫化砷(As2S3)、硒化砷(As2Se3)等,具有较高的非线性系数和超宽的透明窗口,也引起了科研人员的关注。光频梳(optical frequency comb,OFC)则是由一系列均匀间隔且具有相位相干的频率分量组成的光谱,因其良好的稳定性而在天文、物理、通信等领域有着广泛的应用。频率梳的产生有很多方法,基于SC的频率梳是当前主要的研究方向之一。本文分别使用Ge和As2Se3作为波导材料,设计了不同的波导结构,并利用其研究了高相干、倍频程SC和频率梳的产生。研究内容和创新性成果如下:1.介绍了SC和光频梳的在现代光学中的地位。推导了光在波导中传输和演化的非线性方程,并分析了色散和非线性在SC产生过程中的影响。2.设计了基于Ge的T形波导,分析了波导尺寸对波导的色散和非线性特性的影响。在波长3000 nm(正常色散区)处泵浦,分别研究了脉冲的峰值功率、初始脉宽和噪声对SC产生的影响。仿真结果表明,当脉宽为120 fs,峰值功率为800 W时,在波导中传输4 mm之后,产生的高相干SC在-60 dB下谱宽的范围超过两个倍频程(,1.6μm～6.8μm)。3.设计了基于As2Se3的T形和L形波导,分析了波导结构和尺寸对色散和非线性特性的影响。仿真结果表明,L波导的色散曲线可呈现多零色散点、平坦的特性。通过在波长3000 nm(反常色散区)处泵浦,研究了脉冲的峰值功率对SC产生的影响。仿真结果表明,当脉宽为120 fs,峰值功率为800 W时,在波导中传输5 mm之后,产生的SC在-60 dB下谱宽的范围超过三个倍频程(1.3 μm～12.9 μm)。进一步研究了引入的弱连续波(CW)对SC相干性的影响。4.研究了基于高相干、倍频程SC的频率梳。仿真结果表明,初始脉冲序列在Ge波导中传输4 mm或As2Se3波导中传输5 mm之后,分别可以获得1.6 μm～6.8 μm和1.3 μm～12.9 μm的中红外频率梳。本文设计了基于Ge和As2Se3的波导结构、并利用其研究了高相干、倍频程SC和频率梳的产生。相关研究成果能够积极地推动中红外非线性光子学的研究与发展。