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多芯光纤中的超连续产生
王强
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多芯光纤是一种新型光纤，这种光纤的包层中存在距离较近的多根纤芯，纤芯之间可产生较强的耦合，从而使各个纤芯内的光场成为一个整体，可用于光放大、脉冲压缩、超连续产生、光场调制、光子弹产生等过程。正六边形 7 芯光纤（横截面如图 1），作为最常见的多芯光纤之一，可用于超连续产生，本篇文章通过数值模拟的方式，验证了普通的阶跃折射率 7 芯光纤可以产生超连续谱。
作者假定不同纤芯之间仅仅存在线性耦合，从而得到了描述脉冲在 7 芯光纤中演化的耦合非线性薛定谔方程（式 1，右边三行分别代表芯自身的色散、自身非线性和芯间线性耦合）。在线性情况下，该方程组的 7 个本征解代表在 7 芯光纤中能够稳定传播的 7 个超模式。每个模式在光纤中都有着不同的强度和传播速度，如图 2 所示，其中图 2（a）表示电场强度在光纤中的分布，图 2（b）表示每种超模式的传播常数，其中 \beta（\omega）代表单模光纤传播常数，\kappa（\omega）代表线性耦合系数。
当初始脉冲（脉冲宽度为 100fs，功率 15kW，中心波长 1．55μm）输入到内芯（也就是图 2（a）中的 1 号芯）时，作者讨论了纤芯间距对超连续产生的影响。在模拟中，所有芯径假设为 6μm。（1）若此时纤芯距离很近，芯距为 12μm，纤芯与纤芯之间处于强耦合状态，脉冲演化如图 3 所示：第一行代表中间纤芯处脉冲在时域和频域的演化，第二行代表外围纤芯处脉冲在时域和频域的演化。由图可见，初始脉冲会迅速激发出低能量的模式 A 和高能量的模式 F。然而，强耦合状态下模式 A 与模式 F 的传播速度差异很大，脉冲会迅速分裂成时间上不重合的两个孤子。模式 A 和 F 分别独立的进行自身的拉曼孤子自频移，并产生色散波（都是模式 A，可能是 A 模式才满足相位匹配导致），且内外芯都能产生色散波，频率有略微差异）。由于模式 F 能量更高，模式 F 的红移量要大于模式 A。
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