被动锁模光纤激光器中实时动力学特性的研究进展

超快、非重复现象的实时测量在很多领域具有较强的挑战性,新兴的色散傅里叶变换(DFT)技术克服了传统光学仪器扫描速率的限制,使实时光谱测量成为可能。本文介绍了基于DFT技术的被动锁模光纤激光器实时动力学特性的研究进展,其将有助于研究者对激光器中孤子爆炸、脉动孤子、孤子产生和消亡、类噪声脉冲等各种动力学现象的深入理解,对其优化光纤激光器特性具有重要启示。     

锁模光纤激光器中隐形孤子脉动演化特性研究（特邀）

以锁模光纤激光器为研究平台,利用色散傅里叶变换技术,实时观察到调制频率成比例的三周期隐形孤子脉动现象。通过分析孤子的演化特性,笔者所在课题组认为孤子的调制不稳定性引起了色散波和孤子的参量耦合过程,导致了色散波和孤子的能量交换,从而产生了参量边带和隐形孤子脉动。部分能量在色散波和孤子间的交换使得孤子总能量几乎不变。因此这种孤子脉动难以通过时域脉冲序列分辨。此外,文中实验分析了隐形孤子脉动完整的演化路径,即仅通过增加泵浦功率使得脉动产生至消失的过程。与传统的可见脉动过程相比,这种隐形孤子脉动的调制周期随泵浦功率的变化较小。该工作不仅加强了对孤子脉动动力学现象的理解,还对锁模激光稳定性的提升具有重要意义。     

＜100fs全光纤束缚态耗散孤子被动锁模激光器

报道了全光纤耗散孤子被动锁模掺铒光纤激光器,通过调节泵浦功率和偏振态可以进一步获得2孤子和3孤子的束缚态耗散孤子.利用反常色散光纤对宽带2孤子束缚态耗散孤子进行脉宽压缩,压缩后的脉宽用双曲正割拟合为96 fs,计算得时间带宽积为0.324,表明其为近转换极限脉冲.宽带光谱的获得得益于腔内的色散管理和碳纳米管可饱和吸收体...     

间距可控的耗散孤子分子锁模光纤激光器

通过在耗散孤子锁模光纤激光器外接入马赫增德尔干涉仪,实现了间隔可控的耗散孤子分子超短脉冲输出.马赫-曾德尔干涉仪由两个50∶50分束器和一个可调谐时间延迟线构成.通过调节时间延迟线控制马赫-曾德尔干涉仪两臂的光程差,可以实现耗散孤子分子的间距连续可调谐.实验中实现了脉冲间隔分别为0.8、1.3、2.37、4.25、6....     

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。     

基于碳纳米管的被动锁模超快光纤激光器(上)

作为超快光纤激光器核心部件的可饱和吸收体近年来在纳米科学发展的带动下取得了很多突破性的进展,尤其是以碳纳米管材料为代表的光纤型可饱和吸收体受到了国际上的广泛关注。超快光纤激光器的应用不断扩展,包括精细加工、光谱特性探测、无损成像、光频率梳产生、材料的超快动力学研究等。针对近年来基于碳纳米管的超快光纤激光器的工作做一部分综述工作。对碳纳米管的原理、制备、非线性光学特性,尤其是在超快光纤激光器中的应用做出总结。     

主被动锁模光纤环形孤子激光器的研究

分析了一种新型的主被动锁模光纤环形孤子激光器．通过路径平均非线性薛定谔方程的求解．获得了激光器稳定运行的条件，并作了数值模拟，得到了工作波长为１．５５μｍ时．脉宽为９８５ｆｓ．谱宽为３２３ＧＨｚ．重复频率为１０ＧＨｚ的双曲正割变换限制孤子脉冲序列。     

被动锁模光纤激光器的研究进展

被动锁模光纤激光器以其结构简单和紧凑而倍受关注,是未来时分复用(OTDM)光通信系统、光传感和光探测等的理想光源.介绍了当前被动锁模光纤激光器的研究进展,分析了其工作原理、锁模方法、特点及关键技术,最后对其应用前景作了展望.     

色散管理光纤锁模激光器在近零色散域的非线性优化

目前,飞秒激光脉冲因脉冲宽度窄和峰值功率高的特点被广泛运用在多种领域中。其中,色散管理光纤锁模激光器因其特有的腔内呼吸机制使输出的激光脉冲能量更高,光谱更宽、脉宽更窄。使用啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器能够实现真正的全光纤结构,提升激光器的紧凑性和稳定性,因此基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器具有更加实际的应用意义。采用数值模拟的方法,研究了基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的掺镱光纤锁模激光器中单模光纤在腔内的不同分布对脉冲动力学过程和输出脉冲参数的影响。系统分析了谐振腔内净色散值不同时,腔内单模光纤的分布对脉冲在腔内的动力学过程的影响。模拟结果表明,在腔内净色散值为负时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤越短,光纤激光器维持稳定单脉冲运行的最大泵浦强度更高且输出光谱更宽,从而能够获得脉宽更窄的去啁啾脉冲;腔内净色散值越接近零时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤长度对输出脉冲参数作用的影响越显著;腔内净色散值为正时,单模光纤在腔内的分布对输出脉冲影响逐渐减弱,优化单模光纤分布提升锁模激光器性能并不明显。最后,提出了一种通过改变单模光纤在腔内的分布来提高激光器输出性能的优化方法。     

全正常色散锁模PbSe量子点光纤激光器的数值研究

为突破传统光纤激光器因增益介质为稀土掺杂光纤,辐射波长相对固定的困境,由于量子点尺寸依赖的辐射波长,本文提出全正常色散锁模PbSe量子点光纤激光器,通过数值计算得到了1.7μm稳定的耗散孤子锁模,并系统地数值研究了使用该激光器输出耗散孤子的启动动力学、谐振腔内激光的演化和激光器的稳态输出特性,探索了增益光纤的长度和浓度、谐振腔的长度对输出特性的影响。当泵浦功率为0.1 W时,最佳的增益光纤长度为0.3 m,掺杂浓度为12×10²¹ m^-3,此时的脉冲宽度为7.59 ps,光谱的宽度为13.77 nm,耗散孤子在单模光纤长度为2～7 m范围内保持稳定。当被动光纤长度为0.1 m时,激光器输出了22个峰、包络宽度为22.33 nm的多波长激光,光谱覆盖了1678～1724 nm,此时时域中观察到一对间隔为4 ps、单脉冲宽度为0.92 ps的孤子对。该研究结果对超快量子点光纤激光器的建立和优化提供了理论指导,为特殊波长超快光纤激光提供了新的选择。     

基于石墨烯可饱和吸收体的被动锁模、被动调Q掺镱光纤激光器

报道了石墨烯材料作为可饱和吸收体的被动锁模、被动调Q掺镱全光纤激光器。采用环形腔结构,在抽运功率为1.2W时,有稳定的重复频率为1.04MHz的自锁模脉冲发生,平均输出功率为46mW;当抽运功率增加到2.3W时,平均输出功率为170mW,相应的单脉冲能量高达163nJ,脉冲宽度约为680ps。采用线形腔结构,实现了石墨烯被动调Q激光脉冲输出,其重复频率在140～257kHz可调,最窄激光脉冲宽度为70ns,最大平均功率为12mW,相应最大单脉冲能量为46nJ。     

利用NALM结构的被动锁模掺铒光纤激光器的研究

为了研究光纤中的非线性效应对锁模脉冲的影响,采用非线性放大环镜来实现被动锁模,在分析非线性放大环镜传输特性理论的基础上,对被动锁模掺铒光纤激光器进行了相关的实验研究。实验中观察到了重复频率为280.2MHz、中心波长是1556.235nm、线宽是0.4nm的稳定的锁模脉冲现象。研究结果对更深入地了解被动锁模产生现象、进一步开展后续研究具有极其重要的意义。     

哑铃形高功率全保偏大模场掺镱锁模光纤激光器

采用基于非线性光纤环形镜的哑铃形结构搭建了全光纤全保偏掺镱锁模激光器。通过使用全保偏大模场光纤、高功率光纤器件和优化的腔结构,实现了脉冲宽度在156 ps到8.1 ns范围内可调的高功率、大能量矩形耗散孤子共振脉冲输出,在最大泵浦功率22.7 W下激光器直接输出功率达到5.5 W,脉冲能量达到0.68μJ,峰值功率为84 W。得益于全保偏光纤结构,所设计的激光器具有出色的抗干扰性和稳定性。     

基于6H-SiC衬底外延石墨烯的被动锁模掺镱光纤激光器

报道了6H-SiC衬底外延生长的石墨烯作为可饱和吸收体,环形腔结构的全正色散被动锁模掺镱光纤激光器。在注入抽运功率为250mW时,得到稳定的重复频率为1.05MHz的自锁模脉冲,平均输出功率为6mW;当注入抽运功率增加到480mW时,最大平均输出功率为20mW,相应的最高单脉冲能量为19nJ,激光脉冲宽度约为520ps。     

长腔被动锁模掺镱光纤激光器的方波脉冲产生

报道了一种基于非线性光纤环形镜(NOLM)、工作在耗散孤子共振(DSR)区的长腔被动锁模掺镱光纤激光器,该激光器谐振腔的总长度约为1502 m,可以输出重复频率为133.18 kHz的高能量方波脉冲,且输出脉冲的宽度和单脉冲能量均随泵浦功率的增大而呈线性增大。当泵浦功率增大到414.47 mW时,输出的方波脉冲具有最大宽度(761.6 ns),同时单脉冲能量达到了最大值(60.2 nJ)。通过改变NOLM中单模光纤的长度,进一步研究了谐振腔长度对输出方波脉冲特性的影响,结果表明:谐振腔越长,所得DSR方波脉冲越宽,脉冲峰值功率越低。     

被动锁模光纤激光器的自启动机理的理论研究

本文在考虑光纤激光器的偏振引起的交叉相位调制的情况下研究了光纤激光器的被动锁模的自启动机理，建立了以激光场耦合方程为基础的光纤激光器工作的理论模型，并就该激光器连续工作时的不稳定性作了详细分析。结果表明，被动锁模的自启动可由光纤激光器连续工作的不稳定性产生。     

基于全固型掺镱光子带隙光纤的被动锁模全光纤环形孤子激光器

采用全固型掺镱光子带隙光纤(AS-Yb-PBGF)作增益介质并提供反常群速色散(GVD),设计了一种被动锁模全光纤环形孤子激光器。没有使用任何块状色散补偿元件。因此,该激光器腔型结构简单、紧凑、环境稳定性高,更容易实现全光纤结构。脉冲在激光腔内的传输用广义非线性薛定谔方程描述,并采用分步傅里叶方法数值模拟了该激光器的单孤子运转的动力学过程。计算时,将AS-Yb-PBGF的长度选取为0.4m,改变激光腔内单模光纤(SMF)的长度,得出了最佳运转参数:当AS-Yb-PBGF固定为0.4 m时,选择单模光纤等于0.4 m,就可以实现脉冲宽度为244 fs,脉冲能量为14 pJ和时间带宽乘积为0.32,即接近傅里叶变换极限的单孤子运转。     

傅里叶变换轮廓术新理论研究

采用传统的傅里叶变换轮廓术(FTP),必须保证投影装置出射光瞳和成像装置入射光瞳的连线与参考面平行,并且它们的光轴应在同一平面上,才能得到较为准确的测量结果。改进了傅里叶变换轮廓术测量装置,从理论上证明了双瞳连线不平行参考面,且双光轴也不共面时的测量原理,推导出了新的、适用范围更广泛的相位-高度映射算法,使实验系统的搭建变得比较容易,投影装置和成像装置的摆放位置可以随意移动以方便获取全场条纹。所提出的方法为在难以实现双瞳与参考面平行或难以使双轴共面的特殊环境下提供了获得可靠测量结果的途径,并且传统的傅里叶变换轮廓术测量系统是所提出系统结构的一个特例。计算机模拟及实验均证实了该方法的有效性。     

基于PCF实现稳定输出的主动锁模光纤激光器

提出了一种利用高非线性光子晶体光纤(PCF)来稳定主动锁模光纤激光器的方法,理论分析了激光器中PCF的非线性偏振旋转效应(NPR),阐明了激光器稳定的短脉冲输出机理,获得了重复率为5 GHz、脉宽为44ps的稳定短脉冲输出.本文建议的激光器能用于如光码分多址(OCDMA)通信系统等诸多领域.