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.     

高能量飞秒脉冲掺Er3 光纤激光器

为了从反常色散光纤构成的飞秒锁模掺Er^3＋光纤（EDF）激光器获得高能量锁模脉冲，提出了采用集总放大器和高损耗耦合输出器有机组合的办法来设计激光器腔体。实验结果表明，该方法能有效地减小降低腔内脉冲能量周期性波动，抑制频谱边带幅度，提高飞秒脉冲高能量及其频谱宽度。采用非线性偏振旋转机制进行锁模，成功获得谱线宽度为18．0nm、重复速率为14．0MHz、脉冲宽度约200fs、单脉冲能量超过1nJ稳定锁模光脉冲，并且激光器自启动锁模泵浦阈值小于20mW。     

锁模光纤激光器中偏振相关输出特性的实验研究

实验观察到非线性偏振旋转锁模光纤激光器输出的偏振相关的多波长输出现象、脉冲频谱边带及其抑制现象,以及多重偏振态导致的脉冲序列峰值调制现象.分析了这些与偏振相关的输出特性的物理成因,指出多波长锁模脉冲输出现象源于激光器中器件的保偏尾纤提供了多个偏振光程;锁模脉冲频谱边带现象源于由色散波同锁模脉冲内与其偏振态相同的脉冲内部成分干涉的结果,通过调整激光偏振态使锁模脉冲演化成矢量孤子就可消除频谱边带问题;时域脉冲序列的峰值调制现象源于激光器中偏振片周期偏振调制导致的矢量孤子多重偏振态.     

基于光子晶体光纤和飞秒激光源的近红外波段宽带孤子和可见区高效色散波产生的实验

将钛宝石激光器产生的飞秒激光脉冲泵浦实验室自制的高非线性双折射光子晶体光纤,脉冲的中心波长为820 nm,位于光子晶体光纤的接近于零色散的反常色散区.实验结果表明:随着泵浦功率的增加,一阶孤子的中心波长发生了红移,同时产生的色散波的中心波长则发生蓝移进入可见光区.当泵浦功率达到0.45 W时,色散波与残余泵浦的输出功率比为42.67,色散波的带宽达到81 nm,而处于近红外波段的红移孤子带宽可达231 nm.利用高非线性光子晶体光纤产生近红外波段宽带孤子和可见区高效色敬波的实验对飞秒激光频率转换和光谱展宽具有很好的借鉴意义.     

耗散孤子和束缚态脉冲可切换的超连续谱产生

当超短脉冲进入高非线性光纤时,在色散和非线性效应的共同作用下,脉冲频谱中会产生一些新的频率分量,使得输出频谱比输入频谱宽得多。这种光谱被称为超连续谱。超连续谱光源具有光谱范围宽、方向性好、亮度高、空间相干性好等优点。在锁模激光器中,传统孤子、耗散孤子和类噪声脉冲可以作为种子源产生超连续谱。文中,笔者建立了一个NPR被动锁模光纤激光器来产生脉冲激光。然后,添加一段DCF以补偿腔中的色散,从而产生耗散孤子。同时,通过调节腔内PC,可以实现束缚态和耗散孤子的状态切换。输出脉冲经10 m单模光纤压缩后注入部分拉锥后的高非线性光纤以产生超连续谱。实验中,我们得到了脉宽为5.6 ps、重复频率为32 MHz、信噪比为52 dB的耗散孤子锁模脉冲,压缩后的脉冲宽度为868 fs,用作超连续谱产生。超连续谱的覆盖范围约为1200~2200 nm,其20 dB谱宽为357 nm。通过调节偏振控制器,实现耗散孤子脉冲与束缚态脉冲之间的切换,束缚态脉冲持续时间为1.4 ps,脉冲间隔为14 ps,信噪比为51 dB,产生1600~1870 nm的超连续光谱,20 dB的光谱宽度为135 nm。     

光谱边带测量法实现的色散匹配光纤激光器

在基于非线性偏振旋转效应的被动锁模光纤激光器中,利用测量脉冲光谱边带的方法计算腔内总色散,通过改变腔内普通单模光纤(SMF)的长度实现色散匹配,从而获得了重复频率为25 MHz、脉宽为520.5 fs、中心波长为1558.4 nm和3 dB带宽为29.5 nm的超短脉冲,输出功率为1.81 mW.在实现最佳色散匹配的条件下,对锁模脉冲的分裂、连续光波与孤子脉冲共存以及稳定的谐波锁模现象进行了实验研究和分析.     

光子晶体光纤在飞秒激光技术中的应用

简要介绍了光子晶体光纤的基本结构、导光机制和主要特性,系统综述了光子晶体光纤在锁模光纤激光器的色散补偿和偏振控制、飞秒激光脉冲的压缩、飞秒激光脉冲的光谱变换,以及飞秒激光器的频率转换等激光技术中的应用研究进展.     

光纤激光器中两种孤子形成机制的实验研究

光纤激光器中具有两种孤子形成机制,一种是光纤非线性效应与腔色散的相互作用,另一种是增益饱和与增益色散的相互作用。从实验上研究了当腔的净色散为负或为正时,输出脉冲分别具有传统孤子或增益导引孤子的特性,而当腔的净色散为零时,两种形成机制共同作用于孤子。锁模脉冲的特性依赖于腔的色散、光纤的非线性效应、增益饱和与增益色散间的相互作用与竞争。     

基于NPR效应的可调谐多波长被动锁模光纤激光器

提出了一种基于非线性偏振旋转(NPR)效应的被动锁模光纤激光器,以980 nm半导体光源作为泵浦源,5 m长的掺铒光纤(EDF)作为增益介质,利用两个偏振控制器(PC1和PC2)和一个偏振相关隔离器(PDI)产生NPR效应,作为等效可饱和吸收体,实现对脉冲的窄化,产生稳定的锁模脉冲输出,脉冲宽度为36.02 ns,并通过改变腔中单模光纤的长度探究激光器的输出与腔长的关系,当腔长较长时,实现锁模需要的阈值功率降低,锁模脉冲稳定性较好.通过结合一个3 dB耦合器、1 m保偏光纤(PMF)和一个偏振控制器(PC3)构成的Sagnac环结构,作为梳状滤波器,实现了 C波段从单波长到五波长的多波长可调谐激光输出,并对输出光谱的稳定性进行了测试,光谱稳定性在室温条件下表现良好.实验结果说明该激光器在电域可以产生稳定的锁模脉冲,在光域可以产生C波段从单波长至五波长的可调谐的激光输出,具有广阔的应用前景和较高的研究价值,例如生物医疗领域和波分复用领域.     

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。     

光纤激光器被动锁模技术研究进展

超快光纤激光是目前激光器研究的一个热点。非线性可饱和吸收效应是光纤激光器被动锁模技术的核心。被动锁模技术主要分为真实饱和吸收体和人造饱和吸收体,真实可饱和吸收体包括:半导体可饱和吸收镜(SESAM)和纳米材料等;人造可饱和吸收体包括:非线性偏振旋转演化(NPE)、非线性光环形镜(NOLM)、非线性多模干涉(NLMMI)和Mamyshev再生器(Mamyshev)等。本文综述了最近各类可饱和吸收效应锁模光纤激光器的发展方向,简要阐明工作原理、技术优势、解决所面临问题的方法以及应用领域。     

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。     

CPM染料激光器高阶孤子效应的研究

在飞秒光脉冲领城,人们正在潜心研究两个方面的工作。其一,飞秒光脉冲的放大、腔外压缩,进而应用于超快现象的实际研究。其二,CPM激光器物理机制的研究。近几年的研究表明,当脉宽进入飞秒领城,腔内的色散和自相位调制将起十分重要的作用。超短光脉冲在光纤中传播所产生的调制不稳定性、孤子效应等都相继在CPM激光器中出现。CPM激光器是一个具有饱和增益、饱和吸收、自相位调制和色散的复杂的非线性系统。随着四棱镜的引     

呼吸脉冲锁模的光子晶体光纤飞秒激光器

报道了一种掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)飞秒激光器。作为增益介质的光子晶体光纤的单模场面积比传统光纤高一个数量级,有效地降低了非线性系数,使激光器获得高能量输出。激光器基于线形腔结构,利用半导体可饱和吸收镜实现自启动锁模。光纤激光器利用光栅对进行腔内色散补偿,使其运转在呼吸脉冲锁模状态,即在谐振腔的零色散点附近实现锁模。当腔内净色散呈反常色散时,激光器获得了平均功率为400mW,重复频率为47MHz(对应于8.5nJ的单脉冲能量),脉冲宽度为500fs的稳定的锁模脉冲输出,经腔外色散补偿,脉冲压缩至98fs。当腔内净色散呈正常色散时,激光器输出的单脉冲能量为10.6nJ,脉冲宽度为1.76ps,经腔外色散补偿,脉冲压缩至160fs。     

腔内滤波带宽对正色散束缚态孤子形成的影响

以被动锁模正色散掺镱(Yb)光纤激光器为研究对象,实验比较研究了激光腔内滤波带宽对产生正色散束缚态孤子的影响。采用高掺Yb光纤作为增益介质,半导体饱和吸收镜作为锁模部件,获得1064 nm全光纤线型腔锁模激光器。当腔内带通滤波器选用不同带宽(0.2,1.0,1.2,2.3 nm)时,观察到不同的皮秒锁模脉冲状态。在滤波带宽较小(0.2 nm)或较大(2.3 nm)时,仅产生稳定的单脉冲耗散孤子;相反地,在滤波带宽适中(1.0 nm或1.2 nm)时,分别观察到典型的相位差为π和-π/2束缚态耗散孤子,脉宽和脉冲间隔均分别为3 ps和14 ps。将束缚态耗散孤子激光通过主控振荡功率放大技术放大至1.4 W后,将其注入到光子晶体光纤中,获得了750～1600 nm超连续谱(10 dB谱宽),输出功率约为0.7 W,相比传统耗散孤子抽运具有更好的光谱平坦性。     

基于多模干涉效应的全正色散被动锁模掺镱光纤激光器

报道了一种全光纤结构耗散孤子被动锁模光纤激光器。激光器中使用了一种基于多模干涉原理的光纤滤波器,它由两段单模光纤和一段多模光纤组成。通过合理的选取多模光纤的长度,制作了中心波长在1067nm处、3dB带宽为7.5nm的光谱滤波器并将其应用于全正色散被动锁模掺镱光纤激光器中。实验中使用半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模元件,在抽运功率为865mW时,获得重复频率为18.5MHz的稳定锁模啁啾脉冲串,脉冲宽度为21ps,平均输出功率为8mW,单脉冲能量为0.43nJ。输出脉冲光谱半峰全宽为4.32nm,光谱边缘有明显陡沿。     

低阈值光纤激光器稳频特性研究

为了实现低阈值光纤激光器的频率稳定输出,设计了环形腔光纤激光器,以光纤光栅作为波长选择元件,在未泵浦光纤饱和吸收体和其锥形化结构的协同作用下实现激光纵模选择,获得了短光纤饱和吸收体长度下的单纵模激光稳定输出。介绍了未泵浦光纤饱和吸收体选频原理和锥形结构滤波原理,实验研究了不同光纤饱和吸收体长度下激光纵模特性和波长稳定性,以及锥形化光纤饱和吸收体的激光输出特性。实验表明,引入锥形化结构的饱和吸收体后,激光器能够稳定输出1545 nm波长的单纵模激光,并有效降低光纤激光器阈值至7.58 mW,采用延迟自外差方法测得该光纤激光器的线宽小于8 kHz。     

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。     

可调谐全正色散掺镱光纤激光器

利用相位长周期光纤光栅作为光谱滤波器,熔接于全正色散掺镱光纤激光系统中,从而实现了具有波长可调谐的连续激光输出和被动锁模激光脉冲输出,可调谐激光波长范围分别为11.4 nm和10.5 nm.通过调节偏振片改变激光腔内的偏振状态,输出锁模脉冲实现脉冲宽度的可调谐,其调谐范围为3.6~1.2 ns.在530 mW的最大泵浦功率下,得到了重复频率为2.5 MHz、最大单脉冲能量为38.9 nJ的锁模脉冲输出和最大输出功率为124 mW的连续激光输出.     

抽运方式对耗散孤子光纤激光器性能的影响

基于扩展的标量非线性薛定谔方程,理论研究了不同抽运方式对正色散腔被动锁模掺镱光纤激光器输出特性的影响。结果表明,在初始总增益相同条件下,对于给定的增益饱和能量,反向抽运时耗散孤子的光谱宽度和脉冲宽度均比正向抽运时小,而对应的脉冲峰值功率比正向抽运时高,并且反向抽运时脉冲的啁啾线性拟合度相比正向抽运时低。当增益饱和能量相同时,正、反向抽运获得的耗散孤子的能量相等,但两种抽运方式下耗散孤子的光谱和时域波形的差异程度随增益饱和能量的增加而增大。