光纤锁模激光器：从单模时域耗散孤子锁模到多模时空耗散孤子锁模（特邀）

在光纤锁模激光器中,模式相位锁定产生周期短脉冲的过程称为锁模过程,产生的脉冲在广义上被称为“光耗散孤子”。光纤锁模激光器从传统的单模光纤锁模激光器发展到了多模光纤锁模激光器,锁模机理从一维（1D）时域耗散孤子锁模发展到了（3+1）维时空耗散孤子锁模。通过深入理解耗散孤子的产生机理,有望进一步推动光纤锁模激光器在科学和应用领域的发展,为更多领域带来更多创新和可能性。首先介绍单模光纤锁模激光器中的一维时域耗散孤子锁模,探讨不同色散区域中时域耗散孤子的产生机理;随后介绍多模光纤锁模激光器中时空耗散孤子的最新研究成果,讨论模间色散的补偿方法,揭示其丰富的时空锁模机理和潜在的应用场景;最后对光纤锁模激光器的发展前景进行展望。     

光纤激光器技术

在概述光纤激光器基本原理、主要特性及其多种分类方法的基础上,首先介绍了双包层光纤激光器的工作原理和最新进展。通过对几种典型实验装置的分析阐述了光纤激光器的多波长产生机制。并详细讨论了光纤激光器产生锁模脉冲的三种技术：采用振幅或相位调制器的主动锁模技术、利用非线性效应的被动锁模技术以及混合锁模技术,最后比较了这三种技术和实验装置的优缺点并介绍了它们的最新发展情况。     

锁模光纤激光器的研究进展

锁模光纤激光器因其紧凑小巧、成本低和光束质量好等优点,近年来获得了快速发展。根据锁模原理可将锁模光纤激光器分为三类:主动锁模光纤激光器、被动锁模光纤激光器、主被动混合锁模光纤激光器。本文对各类锁模光纤激光器的关键技术和研究进展作了较为详细的介绍,并展望了其应用前景。     

超短脉冲光纤激光器工作原理及其测量

简要阐述了飞秒光纤激光器的基本概念，分析了锁模技术的原理。结合被动锁模光纤激光器的基本构成，描述飞秒脉冲的产生过程。此外，还对飞秒脉冲测量作了介绍。     

调Q及连续掺Yb光纤激光器中的自锁模研究

在用半导体激光器抽运的单包层掺Yb调Q光纤激光器中观察到了清晰稳定的自锁模脉冲序列。脉冲包络形状为调Q脉冲。每个锁模脉冲的幅值由其在调Q脉冲中的相应位置决定。经过分析，认为自相位调制是调Q光纤激光器中产生锁模的主要原因。自相位调制的存在使得光脉冲的频谱被展宽，当这种展宽和腔的模式间隔相差不多时，腔内的模式便能相互作用，直到它们之间产生一个固定的相位关系。也即形成锁模。在此基础上。去掉声光晶体，并用两个光栅作为腔镜，实现了全光纤法布里-珀罗(F-P)腔锁模光纤激光器。改变腔结构，分别采用光栅和光纤反射圈作为前后腔镜，同样观察到了锁模脉冲。经过观察发现，锁模脉冲的产生和掺Yb光纤的浓度、长度、抽运功率的大小有着密切的关系。这为锁模脉冲的产生提供了一种新的方法。     

超短脉冲光纤激光器的研究进展

本文针对超短脉冲光纤激光器三种不同的锁模机制，综述了相应锁模光纤激光器的研究进展，并且对包层泵浦锁模光纤激光器产生高能量或高峰值功率超短脉冲进行了阐述。     

2.5GHz主动再生锁模光纤激光器

本文完成了１．２４ＧＨｚ和２．４８ＧＨＺ的再生锁模光纤激光器的实验,并对再生锁模激光器的稳定条件进行了讨论。２．４８ＧＨＺ再生锁模光纤激光器得到３．５ｍＷ的光脉冲输出,光谱宽度为２Ａ,同时还进行了２４ｈ的长时间稳定实验。     

类噪声脉冲光纤激光器研究现状及进展北大核心CSCD

类噪声脉冲(NLP)是锁模激光器在一定条件下生成的一种特殊脉冲,具有能量高、脉宽宽、相干性低等特点。近年来,由于稀土元素掺杂技术、锁模技术和光纤放大技术的不断发展以及抽运能量的不断提升,类噪声脉冲光纤激光器得到了迅速发展。基于此,描述了使用不同锁模技术、工作在不同色散区的类噪声脉冲光纤激光器。依据其脉冲产生机理、脉冲光学性质等特点进行分类叙述,综述了国内外这一领域的研究现状及进展。最后,对近年来类噪声脉冲激光器在生产实践中的具体应用进行了简要阐述。     

被动锁模光纤激光器的多模式输出

被动锁模光纤激光器腔体结构简单,可以实现全光纤集成,是产生超短脉冲的有效方法,而非线性偏振旋转又是其中最重要、最简单的被动锁模方法。为了研究基于非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器存在的多种不同工作模式,采用实验方法,得到了包括正常孤子态,多脉冲束缚态,噪声像脉冲态等输出模式。结果表明,基于非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器存在多种不同的工作模式。     

利用非线性偏振旋转锁模技术产生0.7nJ, 1.5ps光脉冲

为了研究锁模光纤激光器以增益平坦型掺铒光纤放大器作为增益介质对输出特性的影响,采用增益平坦型掺铒光纤放大器结合光纤偏振控制器、偏振相关光隔离器组成锁模光纤激光器,基于非线性偏振旋转锁模技术,实现稳定、自起振锁模运转,得到了中心波长1560nm、重复频率6.495MHz、单脉冲能量0.7nJ、脉宽1.5ps的超短光脉冲。同时实验观察到峰值波长为1557nm和1570nm的双峰值波长锁模脉冲的产生。结果表明,采用增益平坦型掺铒光纤放大器替代普通掺铒光纤组成锁模光纤激光器,可获得较高单脉冲能量的超短光脉冲,锁模脉冲的输出光谱可能出现双峰结构,从而可为超短脉冲光纤激光器设计及实用化提供参考。     

Investigation on switchable operation states in a Tm/Ho co-doped fiber laser based on nonlinear optical loop mirror

The nonlinear pulse dynamics have been studied in a thulium/holmium co-doped passively mode-locked fiber laser based on nonlinear optical loop mirror (NOLM). By enhancing the nonlinear effect of the cavity and without changing the polarization state of the cavity, four types of operation states that switch between each other, including the basic mode-locking pulse, the two solitons pulse, the bright-dark pulse, and the harmonic mode-locking pulse, can be obtained. Compared with the laser of single mode-locking state, passively mode-locked fiber lasers (PMLFLs) with switchable operation states can be used in a wide range of applications, such as optical communication, material processing and optical fiber sensing technology.     

Experimental validation of an extended ABCD model for activelymode-locked fiber lasers

An extended ABCD model for actively mode-locked fiber lasers is presented. This new scheme includes the amplifier model taking into account the power evolution along the cavity fiber. The first experimental validation is reported     

波长可调谐被动锁模光纤激光器

为在光纤激光器中获得特定中心波长的锁模激光,进行了采用非线性光纤环形镜锁模的掺Yb3+光纤激光器的波长可调谐实验研究。获得了自启动锁模、中心波长在1030nm~1081nm范围内连续调谐的锁模脉冲输出;在中心波长1053nm时,测得光谱带宽6nm、脉冲宽度234.375ps、输出功率2.05mW、重复频率3.842MHz。这种被动锁模光纤激光器的锁模过程可以完全自启动,几乎不受外界环境变化的影响,可以长时间稳定工作,不仅可以提供特定中心波长的锁模激光,而且有望成为其它科学研究工作的中心波长可调谐的宽带锁模光纤激光种子源。     

The transient evolution of AM mode locking a TEA CO2laser

The evolution of the pulse in an AM mode-locked TEA CO2laser has been investigated. The experiments have been performed by injecting the mode-locked pulses in a high-pressure slave oscillator at various time intervals after the initiation of the mode-lock process. This technique allows the measurements of the pulse widths independent on the pulse energies. A numerical solution of a dynamic model for the mode-locking process accurately predicts the transient evolution. It is shown that the build-up time to reach steady state can be, depending on the modulation depth, considerably larger than the duration of the pulse train.     

光纤环形激光器中锁模脉冲均匀性的理论分析和实验研究

从描述双折射光纤环形激光器动力学模型出发，模拟并分析了脉冲序列在非线性偏振旋转锁模光纤激光器环形腔内的演化过程，得出光纤快慢轴与起偏器之间的角度、以及双折射强度是影响锁模脉冲序列均匀性的重要因素，通过将普通单模光纤绕制成环产生应力双折射的方法进行了验证，并获得了中心波长1566．8nm、脉宽为1．5ps的稳定短脉冲序列。     

主动锁模激光器脉冲的瞬态形成

本文通过建立一合理的锁模模型,采用数值算法模拟了Nd:YAG主动锁模激光器脉冲的瞬态形成.发现初始的自发辐射,在腔内必须往返105～106次(对应时间为1ms左右),才进入稳定的锁模状态.实验中,我们采用一简单的方法测出了锁模脉冲的这一稳态建立时间,而且与理论计算结果基本相符.     

LD抽运锁模Nd:YAG激光器研究

利用Cr4+:YAG和声光锁模器联合对光纤耦合LD抽运Nd:YAG激光器进行主被动锁模,比较和分析了Cr4+:YAG被动锁模,声光锁模器主动锁模及两者联合主被动锁模三种情况下平均输出功率的特性,结果表明主被动联合锁模克服了主动锁模稳定性差、被动锁模输出功率低、锁模不完全的缺点,得到幅值和能量抖动小于±6％、锁模深度100％、脉宽小于410ps、输出平均功率290mW的绿光锁模脉冲。     

8字形腔锁模掺Yb3+光纤激光器

报道了利用非线性光纤环形镜（NOLM）锁模运行的掺Yb^3＋光纤激光器的实验研究。获得了脉冲宽度234ps。中心波长1053nm的锁模脉冲激光输出。光谱带宽6nm。输出功率2.05mW，重复频率3.842MHz。该锁模光纤激光器的工作中心波长可在1030～1081nm范围内调谐，锁模过程可以完全自启动，几乎不受外界环境变化的影响。可长时间稳定锁模工作，完全可以作为微焦耳级单脉冲能量光纤激光放大系统前端种子源使用，而且有望成为其他科学研究工作的中心波长可调谐的宽带锁模光纤激光光源。