基于PCF实现稳定输出的主动锁模光纤激光器

3国家科委863高科技项目及国家自然科学基金资助课题。

收稿日期:1997207202;收到修改稿日期:1997209208第18卷　第7期光　学　学　报V o l .18,N o .7　1998年7月A CTA O PT I CA S I N I CA Ju ly ,1998抑制相位噪声实现主动锁模光纤激光器稳定工作3刘　军　李玉华　娄采云　高以智(清华大学电子工程系,北京100084)摘　要　腔长漂移是引起主动锁模光纤激光器不稳定的一个主要原因。

通过理论分析得出了主动锁模光纤激光器输出脉冲相位噪声和腔长漂移的关系,并采用抑制相位噪声的方法实现了主动锁模光纤激光器长达8小时的稳定工作。

关键词　光纤激光器,　主动锁模,　掺饵光纤放大器。

在光时分复用(O TDM )光通信系统中,超短光脉冲源是一个非常重要的器件。

在发射端,超短光脉冲源用作发射光源;而在接收端,则由超短光脉冲源产生光时钟脉冲用于解复用。

主动锁模光纤激光器由于具有输出脉冲啁啾小、波长可调谐范围大、重复频率高等优点,因而被认为是一种很有前途的超短光脉冲源,在一些光时分复用通信实验系统中已经得到了应用[1,2]。

影响主动锁模光纤激光器应用的一个主要问题是稳定性。

主动锁模光纤激光器稳定工作的前提条件之一是调制信号频率应为腔内纵模间隔的整数倍。

在失谐不严重时,输出脉冲中产生相位噪声;失谐严重时,则会引起锁模失效,表现为输出光脉冲崩溃。

由于主动锁模光纤激光器腔内有较长的光纤,而光纤的长度极易因外界环境的影响而发生漂移,因而调制频率和腔长很难保持匹配。

所以必须采取特殊的措施来稳定主动锁模光纤激光器的腔长,从而保证主动锁模光纤激光器长时间的稳定工作[3,4]。

作者采取抑制主动锁模光纤激光器输出脉冲序列中的相位噪声的方法,实现了2.5GH z 主动锁模光纤激光器超过8小时的稳定工作。

1　工作原理主动锁模光纤激光器的典型结构如图1所示。

在不考虑腔内光纤中的非线性及色散作用的时候,腔内主要存在调制和滤波两种效应。

PCF材料在光纤通信中的应用研究随着当今信息化时代的到来，光纤通信已经成为现代人日常生活中不可缺少的一部分。

在光纤通信技术中，光导纤维是其中的重要组成部分，而PCF材料是其非常重要的组成部分之一。

PCF材料是一种特殊的光纤材料，具有很多优秀的性能，如低损耗、大模场直径、高光纤品质因素、与纯硅玻璃材料相似的光学性质等。

那么，PCF材料在光纤通信中的应用研究有哪些进展和应用前景呢？本文将从以下几个方面进行探讨。

一、PCF材料的性能特点PCF材料是一种新型光纤，与传统的光纤相比具有非常优良的性能。

其主要特点包括以下几个方面：1. 低损耗：PCF材料的损耗非常低，在光信号传输过程中几乎完全不会发生光损失，因此可以保证信号的传输质量。

2. 大模场直径：PCF材料具有比传统光纤更大的模场直径，因此可以更好地适应不同种类和功率的光源，同时提高了信号的捕捉效率。

3. 高光纤品质因素：PCF材料的光纤品质因素非常高，可以最大限度地减少信号的失真和抖动。

4. 光学性质类似于纯硅玻璃材料：与纯硅玻璃材料相比，PCF材料具有类似的光学特性，这使得它与传统的光纤具有更好的兼容性。

二、PCF材料在光纤通信中的应用随着人们对光纤通信使用需求的不断增长，PCF材料在光纤通信中已经被广泛应用，其具体应用如下：1. 激光光纤：PCF材料可以用于制造激光器光导纤维，这种光导纤维可以用于激光切割、高功率激光器、激光通信等领域。

2. 光纤传感：PCF材料可以用于制造光纤传感器，这种光纤传感器可以用于监测温度、压力、液位、静电场等物理参数，并将这些物理参数转换为光信号输出。

3. 光通信：PCF材料可以用于制造光通信光导纤维，这种光导纤维可以用于传输光信号，实现高速、高质量、低损耗的光通信。

4. 光源：PCF材料可以用于制造光源材料，这种光源材料可以用于制造高亮度的白光LED、激光器、宽带光源等。

三、PCF材料应用前景分析总体来说，PCF材料在光纤通信中的应用前景非常广阔。

光子晶体光纤简介及原理中文摘要: 光子晶体光纤又被称为微结构光纤，近年来引起广泛关注，它的横截面上有较复杂的折射率分布，通常含有不同排列形式的气孔，这些气孔的尺度与光波波长大致在同一量级且贯穿器件的整个长度，光波可以被限制在光纤芯区传播。

光子晶体光纤有很多奇特的性质。

例如，可以在很宽的带宽范围内只支持一个模式传输；包层区气孔的排列方式能够极大地影响模式性质；排列不对称的气孔也可以产生很大的双折射效应，这为我们设计高性能的偏振器件提供了可能。

中文关键字：光子晶体光纤PCF导光机理PCF的特性英文摘要: In 1991, the emerging field of photonic crystals led to the development of photonic-crystal fiber which guides light by means of diffraction from a periodic structure, rather than total internal reflection. The first photonic crystal fibers became commercially available in 2000.[8] Photonic crystal fibers can be designed to carry higher power than conventional fiber, and their wavelength dependent properties can be manipulated to improve their performance in certain applications.英文关键字: photonic-crystal fiber光子晶体（PC）是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学微结构材料，其概念是1987年分别由S. Jo n和E. Yablonovitch提出来的，就是将不同介电常数的介质材料在一维、二维或者三维空间组成具有光波长量级的折射率周期性变化的结构材料。

《基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的研究》篇一一、引言随着光纤技术的不断发展，光纤激光器因其高效率、高稳定性及良好的光束质量而得到广泛关注。

环形腔光纤激光器是其中一种重要结构，它以高反射率的元件（如光栅和光纤法珀（F-P）等）构成的闭合光学回路作为关键元件，利用谐振和干涉效应实现激光输出。

本文将重点研究基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器，探讨其工作原理、性能特点及潜在应用。

二、光纤光栅F-P环形腔光纤激光器的工作原理光纤光栅F-P环形腔光纤激光器由光泵源、光纤环行腔和输出镜等组成。

其核心原理为，泵浦源为环形腔提供足够能量以形成光放大。

其中，F-P作为关键的反馈器件，实现光的往返循环及相长干涉，达到稳定激光输出的目的。

同时，光纤光栅通过特定的光栅反射谱实现模式选择，优化输出激光的光束质量。

三、基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的性能特点基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器具有以下特点：1. 高效率：通过光栅模式选择和F-P反馈机制，提高激光器效率，实现低阈值高功率输出。

2. 高稳定性：环形腔结构具有良好的稳定性，能够在各种环境下保持激光输出稳定。

3. 良好的光束质量：通过光栅和F-P的精确调整，可实现高质量的光束输出。

4. 调谐范围广：通过改变光栅的反射谱或调整F-P的间距，可实现宽范围的波长调谐。

四、实验研究及结果分析本文通过实验研究了基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的性能。

实验中，我们采用不同参数的光纤光栅和F-P进行组合，观察其输出激光的特性。

实验结果表明，通过优化光栅和F-P的参数，可获得高效、稳定、高质量的激光输出。

此外，我们还发现通过改变激光器的环境条件（如温度），可以实现对输出波长的调谐。

五、潜在应用基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器在多个领域具有广泛的应用前景：1. 通信领域：用于高速、大容量的光通信系统，如DWDM 系统。

2. 医疗领域：用于激光手术、生物医学成像等领域。

《基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的研究》篇一一、引言随着光纤技术的不断发展，光纤激光器因其高效率、高稳定性及良好的光束质量等优点，在通信、传感、医疗、军事等领域得到了广泛的应用。

其中，环形腔光纤激光器（Ring-Cavity Fiber Laser，RCFL）由于其独特的光路设计和较高的光学质量，已经成为激光器研究领域的热点之一。

在众多RCFL的设计中，结合光纤光栅F-P（Fabry-Perot）技术的环形腔光纤激光器因其高稳定性、高效率及良好的调谐性能，受到了广泛的关注。

本文将针对基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器（F-P RCFL）展开研究。

二、F-P环形腔光纤激光器的工作原理与结构F-P环形腔光纤激光器主要由环形腔、光纤光栅F-P滤波器、泵浦源等部分组成。

其中，环形腔是激光器的核心部分，它由光纤构成闭环结构，形成光学反馈路径。

光纤光栅F-P滤波器则作为调谐元件，可以有效地调节激光器的输出波长和线宽。

泵浦源为激光器提供能量，驱动激光器工作。

当泵浦源发出的光进入环形腔后，经过多次反射和吸收后，在腔内形成激光振荡。

此时，光纤光栅F-P滤波器通过反射和透射特定波长的光，对激光的波长和线宽进行调节。

当激光的波长与滤波器的反射峰相匹配时，激光器输出稳定的激光。

三、基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的特性分析1. 高稳定性：光纤光栅F-P滤波器的引入，使得F-P RCFL 具有了更高的稳定性。

在外部环境变化或泵浦源功率波动的情况下，F-P RCFL仍能保持稳定的输出。

2. 高效率：环形腔的设计使得光在腔内多次反射和吸收，提高了光的利用率，从而提高了激光器的效率。

3. 良好的调谐性能：通过调整光纤光栅F-P滤波器的参数，可以方便地实现激光波长和线宽的调节。

此外，还可以通过引入其他光学元件实现更复杂的调谐功能。

四、实验研究本部分将通过实验研究F-P RCFL的性能。

首先，我们将搭建实验装置，包括环形腔、光纤光栅F-P滤波器、泵浦源等部分。

专利名称：基于频率自反馈的自稳定型频域锁模激光器专利类型：发明专利
发明人：霍力,娄帆,娄采云
申请号：CN201611132330.1
申请日：20161209
公开号：CN106785860A
公开日：
20170531
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提出的一种基于频率自反馈的自稳定型频域锁模激光器，属于光电子仪器设备技术领域，包括一个由光放大器、第一光隔离器、第一输出耦合器、第二输出耦合器、可调谐光带通滤波器、延时光纤和第二光隔离器依次连接组成的光学环路；其特征在于，该频域锁模激光器还包括一个由光电探测器、电窄带带通滤波器和电放大器依次连接组成的频率自反馈光电振荡支路；其中，第一输出耦合器的输出端作为该频域锁模激光器的输出端，频率自反馈光电振荡支路的光电探测器输入端与光学环路的第二输出耦合器输出端连接，频率自反馈光电振荡支路的电放大器输出端与光学环路的可调谐光带通滤波器输入端连接；本发明具有稳定性高和成本低廉的优点。

申请人：清华大学
地址：100084 北京市海淀区清华园1号
国籍：CN
代理机构：北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：廖元秋
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收稿日期:2004211210作者简介:岳丛建(1962—),男,山西长治人,长治学院电子信息物理科学系教师,南开大学物理学院硕士研究生,主要从事光纤激光器方面的研究.山西师范大学学报(自然科学版)第19卷第2期Journal of Shanxi Teacher ′s UniversityVol .19　No .22005年6月Natural Science Editi onJune 2005文章编号:100924490(2005)022*******主动锁模光纤激光器岳丛建(长治学院电子信息物理科学系,山西长治046011)摘　要:概述了锁模光纤激光器的优势,介绍了主动锁模光纤激光器的典型结构和抑制噪声的方法.关键词:锁模光纤激光器;锁模技术;主动锁模中图分类号:T N253 文献标识码:A0　引言1990年代,随着光纤通信系统的发展,超短脉冲光纤激光器飞速发展.锁模光纤激光器具有许多明显的优势:首先,光纤激光器的腔结构比较灵活,可以是线形腔、环形腔、σ形腔,腔内可调参数多,所以能够很方便的利用主动锁模技术产生满足各种需要的高重复频率的超短脉冲;其次,光纤本身有很多特性,诸如自相位调制(SP M )、交叉相位调制(XP M )、群速度色散(G VD )、非线性偏振旋转(NPR )等等,合理地利用光纤的这些特性,不仅能方便地实现被动锁模,而且能有效地改善主动锁模脉冲的质量.目前再生锁模技术有效地解决了主动锁模光纤激光器的稳定性问题;利用有理数谐波锁模技术,输出脉冲的重复频率可以高达200GHz [1];而采取色散渐减掺铒光纤放大器进行绝热孤子压缩,则可以使脉宽小于200fs [2].1　主动锁模光纤激光器主动锁模方法又可以分为两类:振幅或相位损耗调制和同步锁模.前者,指在激光腔内插入主动的调制器件,利用这些主动因素对激光腔内光波进行调制来实现锁模;后者泵浦源为序列光脉冲,激光器和泵浦源腔长匹配,激光腔内振荡线宽远大于泵浦激光器腔内振荡线宽,利用周期性调制激光增益实现同步锁模.图1　主动锁模光纤激光器的典型结构Fig .1　The active mode 2l ocked fiber laser1.1　典型的主动锁模光纤激光器典型的主动锁模光纤激光器的结构如图1所示[3].特别是在使用低色散光纤,比如中心波长在1.55μm 的掺Er 光纤,可以利用环形腔产生超短脉冲.一般光纤长度不超过10m ,处理起来也比较方便.为避免偏振态变化,环形腔可以采用偏振保持光纤.隔离器可以避免反向传输的波以及不同偏振态之间的模式竞争.图1中用掺铒光纤提供腔内增益.腔内主动的锁模器件是一个高速L i N b O 3调制器,它对光波的调制方式有两种:一种是振幅调制(损耗调制);另一种是相位调制.调制器在正弦电压信号驱动下产生周期性的损耗或周期性的相位变化,这种周期性的变化与腔内循环的脉冲相互作用导致了锁模脉冲序列的产生.由于L i N b O 3调制器是偏振敏感元件,所以常在调制器前安置一个偏振控制器来调节入射到调制器的光场偏振态.光隔离器被用来确保主动锁模掺铒光纤环形腔激光器处于单向运转,它也可消除某些光学元件上产生的反射波带给调制器的不利影响.为了避免超模噪声,可在腔内插入延迟线.1.2　主动锁模技术的优化速率谐波锁模技术,波长可调谐锁模光纤激光器和多波长锁模光纤激光器,锁模光纤激光器的稳定技术,输出脉冲的窄化以及超连续谱光纤激光器几个方面.主动锁模光纤激光器要想走向实用化,稳定性问题是必须要解决的.目前看来,主动锁模光纤激光器的不稳定因素主要来源于以下三个方面:外界环境扰动引起的腔长变化;激光在谐振腔内偏振态的起伏;与谐波锁模技术相伴的超模噪声的影响.为了尽量减小不稳定因素,人们研究了相应的改进方法.最常用的控制腔长变化的方法是采取再生锁模技术[4].利用在光纤环路中运行的光脉冲包含有激光谐振腔纵模的各种谐波分量,从输出脉冲中提取光信号并经过光电转换将其变为电信号,再由高频电子滤波器提取所需的谐波分量,经过微波放大器放大后,作为调制器的驱动信号重新反馈给调制器,这样就保证了调制频率与腔内纵模谐波分量之间的控制与相互匹配;进而人们又在此基础上发展出了利用压电陶瓷(PZT )来改变光纤腔长的锁相环(P LL )技术.利用这一技术,可以使激光器输出光脉冲的重复频率始终保持不变[5].超模噪声是影响主动锁模光纤激光器稳定性的一个重要因素,是谐波锁模技术所固有的一种相位噪声.谐波锁模的级次越高,腔内可能存在的超模数就会越多.超模彼此竞争,使得输出锁模光脉冲的振幅随时间波动.1993年,Shan 等人[6]提出用PZT 鼓技术来消除超模噪声,其原理是将光纤绕在PZT 上,然后给PZT 施加一个低频驱动信号,这样PZT 鼓产生的声场就破坏了掺铒光纤的空间烧孔效应,从而使一组超模能够抑制掉其他的超模.同年,AT&T 的Harvey 等人[7]又使用了在谐振腔内插入窄带F -P 滤波器的方法,使滤波器的自由光谱区恰好等于调制频率,这样,只有频率与滤波器相匹配的超模才能振荡.N.Onodera [8]提出了一种用复合腔抑制超模噪声的理论,该激光器的谐振腔是由长短不同的两个子腔构成的一种复合腔结构,复合腔的腔频是两个子腔腔频的公倍数,这样就使得在相同调制频率下,复合腔的谐波次数远小于单一子腔的谐波次数,从而有效地减少了谐波锁模光纤激光器中的超模数.参考文献:[1]Yoshida E,et al .,80—200GHz erbium doped using a rati onalhar monic mode 2l ocked technique [J ].Electr on .Lett .,1996,32(15):1370～1372.[2]Yama mot o T,et al .single channel 640Gbit/s OT DM trans m issi onover 100km [J ].ECOC ′99,38～39.[3]Harey G T,Mollenauer L F .Har monically mode 2l ocked fiber ringlaser with an internal Fabry 2Per ot stabilizer for s olit on trans m issi on [J ].Op t .Lett .,1993,18(2):107～109.[4]Nakaza wa,et al .U ltra 2stable har monically and regenerative mode 2l ocked polarizati on maintaining erbium fiber ring laser[J ].Elec 2tr on .Lett .,1994,30(19):1603～1605.[5]Nakaza wa,et al .I deal phase 2l ocked 2l oop (P LL )operati on of a10GHz erbium doped fiber laser using regenerative mode 2l ocked as an op tical voltage contr olled oscillat or[J ].Electr on .Lett .,1997,33(15):1318-1320.[6]Shan X,et al .Novel method t o supp ress noise in har monicallymode 2l ocked erbium fiber lasers [J ].Elctr on .Lett .1993,29(11):979.[7]Harvey G T,et al .Har monically mode 2l ocked fiber ring laser withan internal Fabry 2Per ot stabilizer f or s olit on trans m issi on[J ].Op t .Lett .1993,18(2):107.[8]Onde m N,et al .Repetiti on 2rate multi p licati on in actively mode 2l ocked fiber lasers[J ].CLE O,1998,320.The Acti ve M ode 2locked F i ber La serY UE Cong 2ji a n(D epart m en t of E lectronic Infor m ation Science &andPhysics of Changzhi U niversity,Changzhi,Shanxi 046011,China ) Abstract:The advantage of the mode -l ocked fiber laser were summarized,the typ ical sche me of and the method t o supp ress noise were intr oduced in this paper . Key words:Mode 2l ocked fiber ring laser;Mode 2l ocked technique;Active mode 2l ocked・211・山西师范大学学报(自然科学版) 2005年　。