双孤子被动锁模光纤激光器的实验研究

利用非线性偏振旋转(NPR)效应,对被动锁模掺Er光纤激光器同时输出双波带、双孤子的现象进行了实验研究和理论分析。结果发现,激光腔内存在高的线性双折射是得到双波带、双孤子输出的关键条件,提供宽的增益带宽和较大的增益有利于得到稳定的锁模输出。通过在腔内引入较大的线性双折射,在基于NPR锁模技术的被动锁模掺Er光纤激光器中得到了重复频率为7.49 MHz、中心波长分别在1 542 nm和1 557 nm附近的双波带、双孤子锁模脉冲的同时输出。     

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。     

偏振控制锁模光谱边带偏移量的计算及实验验证

通过对光纤中传输的孤子波演化及其色散波相互作用的动力学方程分析,详细推导了环形腔非线性偏振旋转(NPR)锁模光纤激光器中色散波与孤子波相互干涉而产生的脉冲光谱边带偏移量的理论计算公式.并将各级边带波长与脉冲中心波长的偏移量理论值与相应的实验测量值进行了对比,理论值与实验值符合得非常好,其最大误差在4.1%以下.从而解释了在偏振控制被动锁模条件下,环形腔光纤激光器光谱边带产生的原因.     

自起振σ形腔被动锁模掺Er3 光纤激光器

分析了利用非线性偏振旋转(NPR)效应进行被动锁模的原理,并利用该方法构建了σ形腔NPR被动锁模掺Er3 光纤激光器.实验得到重复频率为6.25 MHz、平均输出功率为1.487 mW的自起振被动锁模脉冲输出,中心波长为1 562.5 nm,谱宽为20.5 nm,脉冲宽度为691.2 fs.     

双波长可切换飞秒锁模光纤激光器

报道了基于非线性偏振旋转技术的双波长可切换飞秒锁模光纤激光器。通过改变泵浦功率以及偏振控制器状态,激光器在波长1533.2 nm和1557.2 nm处可实现双波长锁模,两个波长的间隔为24 nm。在这两个波长之间还可实现可切换运作,对应的3 dB带宽分别为5.53 nm和4.69 nm,脉冲宽度分别为730 fs和890 fs,双波长可切换锁模的成因是NPR诱导的梳状滤波效应。此外,由于孤子能量量化效应,实验中还观察多脉冲锁模。实验结果有助于人们深入了解双波长可切换锁模光纤激光器的动力学特性。     

波长可切换可调谐耗散孤子锁模掺镱光纤激光器

采用非线性偏振旋转(NPR)锁模技术,在全正色散掺镱光纤激光器中研究了波长可调谐可切换耗散孤子锁模现象。由于NPR所诱导的腔内梳状滤波效应,光纤激光器在中心波长1 042.8~1 050.2 nm以及1 040.9~1 048.1 nm处实现了波长可切换运作,可切换波长间隔分别为7.4 nm和7.2 nm,光谱宽度约为5.5 nm和2.7 nm。同时在1 042.77~1 045.33 nm之间观察到波长可调谐运作,调谐范围2.7 nm。另外在光纤激光器中还获得了稳定的双波长锁模和二阶谐波锁模。该实验的研究有利于加深人们对掺镱光纤激光器中锁模动力学行为的理解,并为多功能激光光源的设计提供了借鉴。     

高次谐波混合锁模脉冲生成及其数值仿真研究

对混合锁模掺铒光纤激光器中高阶谐波锁模脉冲生成进行了试验和仿真研究。利用非线性偏振旋转技术和碳纳米管可饱和吸收体相结合的混合锁模技术，有效降低谐波脉冲锁模泵浦阈值，更加有利于锁模自启动。通过增加泵浦功率，利用峰值功率钳位和孤子能量量化效应，可实现泵浦功率和脉冲重复频率呈线性关系的谐波锁模脉冲输出。当泵浦功率调节为198.8 mW时，激光器最高输出重复频率约为1.31 GHz,约72阶谐波锁模脉冲，其超模抑制比约为35 dB。同时采用基于修正的非线性薛定谔方程进行了数值模拟，通过调节小信号增益系数为3.4和4.4时，单脉冲分裂为等周期间距的2阶和3阶谐波锁模脉冲，数值仿真结果和试验数据基本相吻合。谐波混合锁模脉冲生成的试验和理论结果有利于进一步了解光纤激光器中谐波脉冲的生成原理和方法。     

基于光纤可调滤波器的1024 nm锁模脉冲产生与放大研究

1024 nm波长的脉冲激光在角分辨光电子能谱测量等领域有着不可或缺的用处,因此采用基于非线性偏振旋转(NPR)锁模的全正色散掺镱光纤激光器作为种子源,搭建了包含光纤可调滤波器的主振荡功率放大系统,实现了1024 nm激光放大输出。理论上基于金斯伯格-朗道方程模拟了NPR锁模的耗散孤子脉冲演化过程,实验上获得了耗散孤子脉冲输出,并且研究了锁模脉冲的建立过程,将其与理论仿真结果相比,结果基本吻合。通过可调滤波器对种子光进行滤波,并进行预放大及放大实验,当放大级泵浦功率为5 W时,得到中心波长为1024 nm、平均功率为1.1 W、脉冲能量为51 nJ、重复频率为21.5 MHz、信噪比为67.5 dB的稳定锁模脉冲输出。     

孤子激光器动态分析

孤子激光器可以产生优良形状的超短光脉冲,一般的孤子激光器是含有均匀线宽增益介质的主激光腔与含非线性介质的光纤附加腔构成。理论分析以此三项为依据;①激光锁模,②光孤子演化,③两腔耦合。先从主腔的主动锁模激光系统获得超短脉冲,然后进入附加腔,利用光纤中相位调制与色敬互相补偿作用形成孤子。这种光孤子脉冲比主腔锁模     

长腔全正色散锁模掺镱光纤激光器

报道了一种长腔掺镱锁模光纤激光器。除用以实现自启动锁模的非线性偏振旋转(NPR)元件外,激光器为全单模光纤结构,且腔内无色散补偿元件,工作在全正色散域,仅仅通过引入窄带滤波器参与脉冲整形过程输出耗散孤子。实验中通过延长单模光纤长度实现了两个长腔条件,分别得到了6.66 MHz重复频率,12 nJ单脉冲能量和5.05 MHz重复频率,20 nJ单脉冲能量的稳定锁模脉冲,噪声抑制比均为75 dB。与以往的全正色散锁模光纤激光器相比,重复频率低,单脉冲能量高,稳定性好,适用于构建简化的光纤啁啾脉冲放大(CPA)系统。     

调Q和调Q锁模脉冲共存双波长光纤激光器

为了使光纤激光器同时运转在不同的工作状态,搭建了非线性偏振旋转（NPR）技术和碳纳米管可饱和吸收体（CNT-SA）混合的掺铒光纤激光器。其中,基于NPR效应的腔内双折射引入的梳状滤波器可以实现双波长输出,NPR和CNT-SA的可饱和吸收效应共同作用可以获得调Q或调Q锁模脉冲,因此在该激光器中通过调节参数可以使光纤激光器同时获得双波长调Q和调Q锁模脉冲输出。该双波长脉冲经滤波处理后,观察到1531.23 nm处的波长对应调Q脉冲,其重复率为45.62 kHz,1557.18 nm处的波长对应调Q锁模,调Q包络重复率也为45.62 kHz,包络内锁模脉冲的重复率为18.18 MHz,与激光器腔长相符。该实验结果增强了光纤激光器工作的灵活性,有望进一步拓展其在相关领域的应用。     

双波长可切换方波类噪声锁模线形光纤激光器

采用非线性偏振旋转锁模技术,在线形腔光纤激光器获得双波长可切换方波类噪声锁模。通过调节腔参数,激光器在波长1530 nm和1563 nm处分别获得可切换单波长方波类噪声锁模,最大脉冲宽度分别为12 ns和26 ns,腔内最大的脉冲能量分别可达14.7 nJ和45.6 nJ。此外激光器还可在这两波长处实现双波长类噪声锁模,锁模脉冲呈阶梯形,最大脉宽为5 ns,阶梯形脉冲的产生主要源于不同中心波长处的方波脉冲叠加。实验结果有助于进一步理解线形腔光纤激光器中方波类噪声的产生机理和特性,并为多波长高能量光源的设计提供参考。     

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。     

Femtosecond Cr:forsterite laser with mode locking initiated by aquantum-well saturable absorber

We studied a mode-locked Cr:forsterite laser pumped by a diode pumped Nd:YVO₄ laser. Both the Kerr lens mode locking and the semiconductor saturable absorber initiated mode locking have been demonstrated. Using our measured dispersion data of the forsterite crystal, together with our dispersion compensation technique, we obtained 20-fs pulses for the pure Kerr lens mode locking and 36-fs pulses for semiconductor saturable absorber initiated mode locking, respectively     

Mapping of the dynamics induced by orthogonal optical injection in vertical-cavity surface-emitting lasers

In this paper, the output characteristics of an oxide-confined AlGaAs-As quantum well vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) under orthogonal optical injection are mapped as a function of the strength of the optical injection and the detuning between the injection frequency and the free-running frequency of the solitary laser, for a very large range of frequency detuning (from -82 to 89 GHz). The injection light is polarized orthogonally with respect to the solitary VCSEL output light. As the injection strength increases the VCSEL switches to the master laser polarization. Polarization switching is accompanied by a rich nonlinear dynamics, including limit cycle, wave mixing, subharmonic resonance and period doubling route to chaos. Polarization switching is found with but also without injection locking. Injection locking occurs with the slave fundamental transverse mode or, for large positive detunings, with the first-order transverse mode.     

基于45°倾斜光栅的重复频率可切换被动谐波锁模光纤激光器

基于非线性偏振旋转（NPR）技术,搭建了一台重复频率可切换的被动谐波锁模掺铒光纤激光器。腔内45倾斜光纤光栅（45 TFG）作为一种理想的光纤型起偏器,与两侧偏振控制器（PC）一起实现非线性偏振旋转效应,实现激光器的稳定锁模输出。在673 mW恒定泵浦功率下,通过调节腔内的PC,观测到了从基频到37阶谐波等多种锁模状态。该激光器可产生稳定的最高重复频率脉冲为783 MHz,对应的谐波阶数是37阶,且具有41 dB的边模抑制比（SSR）。高重复频率且稳定性好的脉冲可用于特定的应用中,如现代光通信系统、光学传感等。     

调Q锁模类噪声方波脉冲掺铒光纤激光器

对基于非线性偏振旋转技术的L波段掺铒被动锁模光纤激光器中产生调Q锁模类噪声方波脉冲进行了实验研究。该类型脉冲中调Q包络内部包含的脉冲是基频方波,通过自相关迹证实该方波为类噪声脉冲。为了容易实现类噪声方波脉冲输出,将一段250 m普通单模光纤引进激光腔内。适当调节腔内的偏振控制器和泵浦功率,获得了基频为778.21 kHz的连续波锁模类噪声方波脉冲和由3.81 kHz可调谐到9.01 kHz的重复频率,单个调Q包络最高能量为1.06 J的调Q锁模类噪声方波脉冲。研究结果有利于进一步理解被动锁模光纤激光器中类噪声脉冲和调Q锁模的机理和特性。     

Picosecond and femtosecond pulse generation in a regenerativelymode-locked Ti:sapphire laser

The authors have produced transform-limited pulses ranging from 100 ps to 40 fs duration from a Ti:sapphire laser. Output powers in excess of 1 W and peak powers of 0.5 MW have been observed. They describe the technique of regenerative mode locking and present evidence that a transient with a peak power of more than 10 kW is required to initiate mode locking. The role of group velocity dispersion is highlighted and a value of -750 fs² is measured for the group delay dispersion in an operating laser. The authors describe the limits on both the power and pulsewidth obtainable from this laser and present pulse compression experiments which produce 17 fs pulses with 70 mW of average power