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^［1］，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。

图1 正七边形7芯光纤横截面

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。

式1

图2 超模式分布及传播常数

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。

图3 强耦合内芯激发脉冲演化图

（2）若纤芯距离很远（改为25μm，其他参数均不变，如图4），纤芯与纤芯的耦合极弱，初始脉冲的大部分能量会保持在内纤芯。此时，光谱的演化与单模光纤如出一辙，仅当拉曼孤子红移到一定程度后，纤芯与纤芯的耦合因波长变长而增强，内纤芯的能量开始泄露到外纤芯中，峰值功率的减弱加上随波长增加而减小的非线性系数，拉曼孤子渐渐停止了红移。

图4 弱耦合内芯激发脉冲演化图

（3）当纤芯距离适中时（芯距15．5μm，如图5），纤芯与纤芯的耦合强度足够，模式A和模式F可在早期被激发出来，且不会因为较大的群速度差异而分离。这使得模式A和模式F能在时间上重合在一起，为模式间的能量转换提供可能。当处于模式F的频率1和处于模式A的频率2恰好群速度相同且相差13．2THz时，模式F的频率1便可作为泵光，借由拉曼增益将能量转移给模式A的频率2。因此，中等程度的耦合情况，模式F和A不仅自身在经历拉曼孤子自频移，模式FA之间也保持着拉曼增益的能量转换。在合适的传播距离下，F和A所对应孤子光谱的输出能量接近一致，结合色散波产生和两次四波混频过程，能形成较为理想的超连续谱。