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被动锁模光纤激光器的研究进展

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npr锁模光纤激光器中束缚态孤子的研究。

npr锁模光纤激光器中束缚态孤子的研究。

超酷的NPR锁定模式的纤维激光器多年来一直在转动头部，因为它们可以在超高速上用扎普断绝超短脉冲，而不会断汗。

科学家们一直在这些激光器中游离于束缚状态的索利通，就像超快视界的摇滚巨星。

这些苏立通分子，或称苏立通复合体，基本上是一串一起悬挂的苏立通，用非线性介质来展示其独特的能力。

它们不仅仅是一个漂亮的景色，它们也有巨大的潜力比如超快的互联网，尖端的医学成像，和令人心动的光谱学。

找出这些束缚状态的苏立通是如何在NPR锁紧的纤维激光器中形成和构建它们的东西的，对于书呆子和现实的人来说都是一件大事。

在过去几年里，在NPR闭锁纤维激光器中研究约束状态的索利通有很多进展。

通过实验，模拟，和理论，我们学到了很多关于这些单体是如何形成，相互作用的，在激光系统中保持稳定的。

我们研究了它们的能量分布，相对的阶段，以及它们如何随着时间而变化的很多细节。

我们用新的方法来创造和控制这些独角兽，我们实际上在实验中尝试过它们。

这些进步确实帮助了我们理解 NPR 闭锁的纤维激光的复杂行为，它们为实际使用束缚状态的索利通提供了一些很酷的新的可能性。

展望未来，必须进一步研究在NPR锁紧的纤维激光器中使用约束状态的单体的问题。

这一研究对于探索其潜在应用和提高超快激光系统的性能至关重要。

先进的理论模型和数值模拟将成为指导设计和优化能够产生和控制约束状态的纤维激光器的宝贵工具。

实验性调查对于验证理论预测和了解现实世界情景中约束状态所存在的实际局限性至关重要。

预计，通过光学、光子学和激光技术领域的研究人员之间的协作努力，NPR闭锁纤维激光中的限态索利通将继续是积极研究的主题，前景广阔。

基于石墨烯可饱和吸收的锁模光纤激光器研究

基于石墨烯可饱和吸收的锁模光纤激光器研究

基于石墨烯可饱和吸收的锁模光纤激光器研究陈恺;祝连庆;姚齐峰;骆飞【摘要】An all-polarization-maintaining erbium-doped Q-switched mode-locked fiber laser by graphene saturable absorber mirror was reported.The characteristics of Q-switched mode-locked laser with monolayer graphene as saturable absorber were studied,and the laser output was obtained at the center wavelength of 1557.69 nm.Repetition rate of Q-switched envelope varied from 11.49 to 40.41 kHz,and the width of Q-switched envelope varied from 10.1 to 3.62 μs.When the inciden t pump power is 191.3 mW,the maximum average output power of the laser is 9.354 mW and the maximum light-light conversion efficiency is 4.89 ％.%报道了一种基于单层石墨烯可饱和吸收体调Q锁模的全保偏结构掺铒光纤激光器.研究了单层石墨烯作为可饱和吸收体实现调Q锁模后的激光特征,获得了中心波长1557.69 nm 的激光输出.调Q锁模脉冲包络重复频率11.49 ～ 40.41 kHz范围变化,包络宽度在10.1 ～3.62 μs范围变化.在泵浦功率为191.3 mW时,激光器最大输出平均功率9.354 mW,最大光-光转换效率为4.89％.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2017(047)003【总页数】5页(P291-295)【关键词】调Q锁模光纤激光器;全保偏光纤结构;石墨烯饱和吸收镜【作者】陈恺;祝连庆;姚齐峰;骆飞【作者单位】北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心,光电测试技术北京市重点实验室,北京100016;北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心,光电测试技术北京市重点实验室,北京100016;北京信息科技大学生物医学检测技术及仪器北京实验室,北京100192;北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心,光电测试技术北京市重点实验室,北京100016;北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心,光电测试技术北京市重点实验室,北京100016【正文语种】中文【中图分类】TN248脉冲光纤激光器具有结构紧凑、体积小、泵浦效率高、光束质量好等优势,广泛应用在加工、通讯、医疗等领域。

激光被动锁模技术的原理及应用

激光被动锁模技术的原理及应用

激光被动锁模技术的原理及应用简介激光锁模技术是一种通过调整光源和谐振腔的特性来实现锁定光波的模式的技术。

激光被动锁模技术是在被动元件的作用下实现激光锁模的一种技术。

本文将介绍激光被动锁模技术的原理及其在激光器、光通信和光谱分析等领域的应用。

激光被动锁模技术的原理激光被动锁模技术的原理基于被动元件对激光光波的调制和过滤作用。

主要包括以下几个方面：1.调制：激光光源产生的光波经过被动元件的调制，改变其频率、相位等特性。

常用的被动元件包括光纤、薄膜滤波器等。

2.过滤：被动元件对激光光波进行频率选择性过滤，将其锁定在特定的模式上。

通过选择合适的滤波器参数，可以实现特定波长的锁模。

3.反馈：被动元件对锁定的光波提供反馈，使其保持稳定的模式。

这种反馈机制可以通过调整被动元件的参数来实现。

激光被动锁模技术的应用1. 激光器激光被动锁模技术可以应用于激光器的波长选择和模式控制上。

•波长选择：利用被动元件的频率选择性过滤作用，可以实现激光器在特定波长范围内的选择性发射。

这对于光通信、光谱分析等领域具有重要意义。

•模式控制：被动元件可以锁定激光器的输出模式，使其保持稳定的单模态输出。

这在一些精密测量、光学仪器等领域中非常有用。

2. 光通信激光被动锁模技术在光通信中的应用也非常广泛。

•波长分割多路复用：通过锁定激光器的特定波长模式，可以实现波分复用技术，将多个信号同时传输在同一光纤上，提高光纤的利用率。

•光路限制：激光器在特定波长模式下传输光信号，可以减少光子的传输丢失，提高光信号的传输距离和质量。

3. 光谱分析激光被动锁模技术在光谱分析领域也有重要应用。

•高分辨率谱分析：被动元件可以锁定光源的单模态输出，使得光谱分析具有高分辨率和高稳定性，提高分析的准确性。

•光子计数：通过锁定光波的模式，可以实现对光子的精确计数，为光谱分析提供精确的数据。

总结激光被动锁模技术通过被动元件的调制、过滤和反馈作用，实现对激光光波的锁定和稳定输出。

利用NALM结构的被动锁模掺铒光纤激光器的研究

利用NALM结构的被动锁模掺铒光纤激光器的研究

利用NALM结构的被动锁模掺铒光纤激光器的研究况庆强;桑明煌;聂义友;张祖兴;付贵阳【摘要】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.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2008(032)006【总页数】4页(P631-634)【关键词】激光技术;被动锁模;非线性放大环镜;锁模脉冲【作者】况庆强;桑明煌;聂义友;张祖兴;付贵阳【作者单位】江西师范大学,物理与通信电子学院,南昌,330022;江西师范大学,物理与通信电子学院,南昌,330022;江西师范大学,物理与通信电子学院,南昌,330022;江西师范大学,物理与通信电子学院,南昌,330022;江西师范大学,物理与通信电子学院,南昌,330022【正文语种】中文【中图分类】TN242引言在光纤通信系统中，超短光脉冲光源性能的优劣直接影响着系统传输质量的好坏与容量的大小。

掺铒光纤激光器具有工作阈值低、输出脉宽窄、峰值功率高、脉冲质量好、与传输光纤可高效耦合实现全光通信等优点，在众多有潜力的光源中倍受研究人员的重视，迄今为止已经有了许多的研究方案。

主动的谐波锁模技术是光纤激光器里产生高重复频率短脉冲的一个非常有效的方法[1-4]，主动锁模光纤激光器因具有输出脉冲啁啾小、可调谐范围大、重复频率高等优点，被认为是一种极其重要的超短脉冲光源[5-6]。

这种短脉冲产生机制对未来的超高速光通信有很重要的意义。

主动锁模光纤激光器输出谐波脉冲的重复频率等于调制器的调制频率，因而在实际上会受到调制器的最大调制频率的影响，不能达到一个很大的脉冲重复频率。

傅立叶域锁模光纤激光器的研究新进展

傅立叶域锁模光纤激光器的研究新进展

傅立叶域锁模光纤激光器的研究新进展潘洪刚;于晋龙;杨秀峰;王文睿;杨恩泽【期刊名称】《光通信技术》【年(卷),期】2011(035)008【摘要】傅立叶域锁模( FDML)光纤激光器是目前激光领域中比较有活力的研究课题,有着巨大的应用前景.在介绍了FDML光纤激光器的发展状况和应用前景基础,论述了其基本原理,对其关键技术及多种新型技术方案做了介绍和比较,分析FDML 光纤激光器的应用前景及发展趋势.%Fourier Domain Mode Locking (FDML) fiber laser is now one of the most active subjects in the fields of the laser research and it will have a wide application for sure. Development and prospects of Fourier Domain Mode Locking fiber laser is introduced in this paper. The principles and critical technique of Fourier Domain Mode Locking fiber laser are discussed and several new methods are compared. The prospects of the development and application of the Fourier Domain Mode Locking fiber laser are analyzed.【总页数】3页(P53-55)【作者】潘洪刚;于晋龙;杨秀峰;王文睿;杨恩泽【作者单位】天津大学电子信息工程学院光纤通信实验室,天津300072;天津理工大学电子信息工程学院薄膜电子与通信器件重点实验室,天津300384;天津大学电子信息工程学院光纤通信实验室,天津300072;天津理工大学电子信息工程学院薄膜电子与通信器件重点实验室,天津300384;天津大学电子信息工程学院光纤通信实验室,天津300072;天津大学电子信息工程学院光纤通信实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TN248.1;TN929.11【相关文献】1.非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器自动锁模电路 [J], 易波;贾文;徐军;陈国梁;梅理2.被动锁模掺铒光纤激光器中的有理数谐波锁模 [J], 况庆强;桑明煌;聂义友;张祖兴3.傅里叶域锁模光纤激光器的输出特性 [J], 张爱琴;冯新焕;4.傅里叶域锁模光纤激光器的输出特性 [J], 张爱琴;冯新焕5.主动锁模光纤激光器有理数谐波锁模与重复频率的分频现象 [J], 于晋龙;马晓红;王林;杨恩泽;葛春风;杨秀峰;董孝义因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

利用被动锁模技术实现超短脉冲激光输出实验

利用被动锁模技术实现超短脉冲激光输出实验
脉 冲的持 续时 缩短 到皮 秒 乃 至 飞秒 量 级 ， 以 所
更 加深 刻地 理解 并掌握 锁 模概 念 有实 际 意义 ．实
验 结 果表 明 本 实 验 实 现 了 Ｌ 直 接 泵 浦 的 高 效 Ｄ
率 、 型化 全 固态超快 激 光运转 ， 小 这种 全 固态小 型
超快 脉 冲激 光 实 验 系统 不 仅 具有 超 短 脉 冲 宽度 、 结构 紧 凑 、 积小 、 易 发 生 光学 失调 等 优 点 ， 体 不 而 且避 免 了主动 锁模 的高 压 或 射频 电源 驱 动 ， 常 非 适合 培养 学生 的实验 操作 能力 ．
４ｍｍ×４ｍｍ×８ ｍｍ， 减 少 腔 内元 件 的损 耗 ， 为 Ｎｄ： ＹＶＯ 晶体 靠 近 泵 浦 光 的一 面 兼 作 输 入镜 ，
腔设 计 ， 以实 现 的现 象仅 限 于从调 Ｑ 到调 Ｑ 锁 可
模 的过程 ， 学生 无法 观察 从调 Ｑ锁 模 到 连续 锁 模 的整 个 变 化过 程 ， 响 了实 验 教 学 效果 ．本 实 验 影 系统从 理 论 研 究 人 手 ， 理 地 设 计 了 Ｚ型 谐 振 合
２ 实 验 原 理 及 装 置
激光 晶体 是 全 固态 激 光 器 中 重 要 的元 件 之
一
获得 被动 锁模 激 光 运转 是 一 种 有 效 的 技术 手 段 ．
，
在 很 大程度 上决 定 了激光 器 的输 出特 性 ， 了 为
由于半 导 体 可饱 和 吸 收镜 简 单 、 可靠 、 低成 本 、 使 用方 便 以及能 够得 到稳 定 的锁模 脉 冲 ， ２ 自 Ｏ世纪 ９ Ｏ年 代半 导 体 可饱 和 吸收 镜 Ｓ Ｓ Ｅ ＡＭ 一 经 出现 ， 便 很 快 被 应 用 于 全 固态 被 动 锁 模 激 光 器 中． 目 前， 适用 于各 种 波 长 固体 激 光 器 的 Ｓ Ｓ Ｅ ＡＭ 几乎 都 可 以实现 ， 且 Ｓ Ｓ 并 Ｅ ＡＭ 已经 在 各 种 固体 激 光 器 和光 纤激 光器 上 得 到 广 泛应 用 ， 来 实 现 被 动 用 调 Ｑ及 连续 锁模 ， 现超短 脉 冲输 出． 实

被动锁模Yb 3+光纤环形腔激光器的研究


被 动锁模 或 自锁 模光 纤 激光 器是 利用光 纤或其 他元 件 中的非 线性 光学 效应 实现锁模 工作 的 ， 激光器 结构 简单 ， 不 需要插 入任何 调制 元 件 ， 一定 条件 下 ， 在 激光 器 可以实 现 自启 动锁模 工作 ， 获得宽 度很 窄 （ｓ ｆ 量级 ） 的脉冲 ， 且 不 存在超模 噪声 ｒ］ 目前 ， 模光 纤激光器 产 生超短 脉 冲主 要 的 腔体 形 式有 线 形腔 、 形 腔等 。直线 腔 采用 ５。 锁 环 非 全光纤 结构 ， 入 损耗 大 、 插 技术 复 杂、 实用化 比较 困难 ， 而环 形腔 掺 Ｙｂ 计光 纤激光 器易 于 自起动 ， 型结构简 腔
会 旋 转 ， 它重 新 回到起 偏器 （ 时相 当于 检偏器 ） ， 但 这 时 由于
２／ ｌｔ ４ ｐ ａｅ＾
偏振控 制 器 Ｐ 的作 用使 得 低 强 度 的椭 圆偏 振 光 的偏 振 Ｃ 态与起 偏器 的偏振 方 向垂 直 ， 而低 强 度 的椭 圆偏 振 光 在 因 腔 内的传 输 损 耗 很 大 。当 高 强 度 的 椭 圆 偏 振 光 通 过 光 纤 时 ， 自相 位 调制 （Ｐ 和交叉 相位 调 制 （ Ｐ 的作 用 较 其 Ｓ Ｍ） Ｘ Ｍ） 强 ， 圆偏 振 态 就 会 旋 转 ， 而 它 能 够 无 损 耗 地 通 过起 偏 椭 因
摘
要 ： 采用 ９ ４ｎ ７ ｍ半导体激光器作为泵浦 源， 超高掺 杂 Ｙｂ 。 光纤作为增益介 质， 利用光 纤的非线 性
偏振旋转效应 ， 得到稳定 的 ｐ 量级锁模光脉 冲。泵浦功率 ２ ０ｍｗ 时 ， ｓ ２ 激光 器锁模阈值功率 １０ｍＷ， 出功 ５ 输 率 ２ ６ｍｗ， 锁模光脉冲 中心 波长 １０６ｎ ３ｄ ４ ｍ， Ｂ带 宽 ６ ０ ｍ，０ｄ ． １ｎ ２ Ｂ带宽 １ ｉ 脉 宽 ２ ｓ 重 复频 率 ２ ６ｒ ｍ， ２ｐ ， Ｏ ＭＨｚ 。与同类光纤激光器 相 比． 该激光器输 出功率高 ， 具有更好 的稳定性 。 关键词 ： 光纤 激光 器 ； 被 动锁模 ； 超高掺杂 ； Ｙ 光纤 ｂ

基于SESAM的全光纤被动锁模光纤激光器

基于SESAM的全光纤被动锁模光纤激光器王雄飞;李尧;朱辰;张昆;张利明;张大勇;赵鸿【摘要】研究实现了一种主振荡功率放大(MOPA)结构的高功率全光纤皮秒级被动锁模掺镱(Yb3+)光纤激光器.种子源为基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)的锁模光纤激光器,其为线性腔结构,输出功率为5.97 mW;预放大级采用单模掺镱光纤进行放大,之后经过4倍重复频率倍增系统和两级双包层掺镱光纤放大器,最终实现了平均功率74.3 W,中心波长1063.4nin,脉冲宽度7.0,ps,重复频率68 MHz的锁模脉冲激光输出.实验中通过对种子光的处理和光纤长度的控制,未出现受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)等非线性效应.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(045)011【总页数】6页(P1319-1324)【关键词】光纤激光器;主振荡功率放大器;被动锁模;半导体可饱和吸收镜【作者】王雄飞;李尧;朱辰;张昆;张利明;张大勇;赵鸿【作者单位】固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN248.11 引言超短脉冲激光由于具有高峰值功率、窄脉冲宽度、高重复频率等特点，已经成为激光技术的一个重要研究方向。

如今，在工业精细加工、精密测量、生物、医疗、光通信、军事等各个领域［1－4］，超短脉冲激光都发挥着无以替代的作用。

以掺镱光纤为增益介质的锁模光纤激光器近年来发展迅猛，特别是进入20世纪80年代后期，随着光纤技术的快速发展，以及大功率半导体激光器(LD)技术的不断突破，锁模光纤激光器，以其转换效率高、散热性能好、结构紧凑等优点成为了激光技术研究和应用的热点之一。

非线性偏振旋转锁模掺铥光纤激光器脉冲动力学研究

摘要近些年，光纤激光器的研究逐渐往长波长方向发展，其中掺铥光纤激光器能够输出波长在2 μm附近的激光，受到了广泛的关注。

掺铥光纤激光器中锁模技术是产生超短脉冲的重要条件，尽管被动锁模光纤激光器可以实现不同的锁模脉冲，但在丰富而复杂的非线性动力学驱动下，可以通过控制光纤谐振腔中的色散、非线性、光纤增益和元件损耗等参数来发掘一些特殊形状的脉冲或脉冲的其他特征。

本文以非线性偏振旋转(Nonlinear Polarization Rotation, NPR)锁模掺铥光纤激光器为实验平台，色散管理为基础，系统研究了不同色散被动锁模光纤激光器脉冲的动力学特性，主要的工作内容如下：1. 首先，搭建了负色散NPR锁模掺铥光纤激光器，获得一种重复频率为19.8 MHz，信噪比为56 dB，中心波长在1984.74 nm附近的特殊形状的类h型脉冲。

不同于传统孤子，该脉冲鲜有报道，单脉冲能量为6.7 nJ，打破了传统孤子面积理论的限制。

脉冲在形状上类似字母“h”，称为类h型脉冲。

进一步演化分析发现，类h型脉冲特征上与耗散孤子共振脉冲相似，随着泵浦功率的增加，脉冲会展宽，脉冲持续时间长、无波裂、能量高。

2. 然后，基于高数值孔径(Ultra-High Numerical Aperture, UHNA7)光纤为色散补偿光纤，搭建了在零色散和正色散NPR锁模掺铥光纤激光器。

当激光器工作在零色散附近的反常区域，实验获得了光谱宽度为24.3 nm，信噪比为43 dB，重复频率为6.88 MHz的类噪声锁模脉冲。

通过脉冲的演化分析，发现类噪声锁模脉冲可以发生分裂产生谐波锁模脉冲，说明类噪声脉冲并非可以无限增加能量，在一定条件下脉冲也会分裂。

当激光器工作在正色散区域，实验获得了耗散孤子共振脉冲的输出。

该脉冲是由高斯型演化成平顶的矩形脉冲，脉冲的重复频率为 5.16 MHz，信噪比为51 dB。

实验验证了脉冲会随着泵浦功率的增加发生展宽，并未出现脉冲分裂，表明在正色散下，该脉冲能够容忍更高的非线性效应，可以实现更高能量的脉冲输出。

被动锁模光纤激光器多孤子脉冲形成机理

被动锁模光纤激光器多孤子脉冲形成机理
被动锁模光纤激光器是一种先进的光纤激光器，它能够发出更强大、更稳定的多孤子脉冲，并有更好的空间结构，可以较好地满足应用需求。

本文将介绍其多孤子脉冲形成机理，深入分析其在中国应用和发展的情况，以期帮助读者更好地理解、使用该光纤激光器。

被动锁模光纤激光器是一种采用被动锁模技术的光纤激光器，其多孤子脉冲形成机理是通过一种叫做“被动锁模多孤子脉冲”的技术来实现的。

这种技术利用一种叫做“自锁模”的物理过程，使激光器中的激光波形限制在一个稳定的状态，从而产生多孤子脉冲。

这种技术的主要特点是信号稳定性好，多孤子脉冲可以调制、拉长、收缩，可以得到高空间结构的多孤子脉冲。

被动锁模光纤激光器在中国有很多应用，比如用于激光加工行业，用于激光显示和投影行业，用于激光测量计量行业，用于激光通讯行业，用于激光医学诊断行业等等。

在这些行业中，被动锁模光纤激光器能够发出更强大、更稳定的多孤子脉冲，并且具有更好的空间结构，使应用更加方便，获得了一定程度的成功。

此外，目前国内也正在大力开展被动锁模光纤激光器的研究和开发工作，为量子光子学、量子信息处理、量子传感和量子通信等领域提供了重要技术支持。

总之，被动锁模光纤激光器的多孤子脉冲形成机理具有良好的实用性，并在国内外得到广泛应用，帮助人们更好地解决了应用问题。

由于其优越的技术性能，被动锁模光纤激光器被认为是未来光纤激光器的发展方向，也是未来量子通信领域的重要技术支撑。

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图 ４ 非线性偏振旋转被动锁模原理示意图
３ 被动锁模光纤激光器最新进展
３．１ 双包层光纤激光器 双包层光纤激光器是目前激光领域比较活跃的
研 究 方 向 之 一［９￣１２］。与 常 规 光 纤 相 比 ， 双 包 层 光 纤 在 纤 芯和包层之间多了一个可以传输抽运光的内包层， 从 而 具 有 双 包 层 导 区 。Ｍ． Ｈｏｆｅｒ 等［１３］首 次 实 现 了 侧 面 抽 运双包层光纤激光器的被动锁模 （如图 ５ 所示）， 实 现被动锁模的方案是非线性偏振旋转效应， 精确微 调 ｌ／４， ｌ／２ 波 片 ， 以 控 制 光 的 偏 振 状 态 ， 当 ｌ／４， ｌ／２ 波 片恰好处在某一角度时可实现被动锁模高功率脉冲 输 出 。 他 们 用 １ Ｗ 抽 运 功 率 得 到 了 重 复 频 率 ３０ ＭＨｚ， 平 均 功 率 ５０ ＭＷ， 脉 冲 宽 ３ ｐｓ 的 稳 定 脉 冲 。 之 后 ， 双 包 层 光 纤 激 光 器 不 断 向 高 平 均 功 率 、高 峰 值 功 率 、超 短 脉 冲 锁 模 光 纤 激 光 器 方 向 发 展 ， 锁 模 方 法 也 越来越丰富， 特别是出现了全光纤的被动锁模法， 而 且现在又研制成了多包层掺杂光子晶体光纤， 这为光
在低强度情况下， 当光子经过可饱和吸收体时被 吸收， 结果一个电子跃迁到了高能级态， 很快这个电 子就经过非辐射跃迁过程回到基态， 这样吸收体又可 以吸收其他光子。在高强度极限下， 可以想象为很多 光子同时入射， 虽然一部分光子被吸收， 但它们有效 地抽运并饱和了吸收介质， 因此其他入射光子可以无 吸收地通过吸收介质。这样就实现了阻止低强度光、 通 过 高 强 度 光 的 饱 和 吸 收 作 用 。光 纤 激 光 器 中 常 用 的 可 饱 和 吸 收 材 料 是 半 导 体 吸 收 介 质（ 如 ＩｎＧａＡｓＰ 等） ， 可 以 采 用 单 层 或 多 层 量 子 阱 结 构 制 成 。半 导 体 可 饱 和 吸 收 镜 （ＳＥＳＡＭ） 是 半 导 体 可 饱 和 吸 收 体 和 反 射 镜 的 结合， 一般使用半导体布拉格层对构成底部反射镜， 顶部采用高反射介电膜层或直接使用空气层作为反 射界面， 可饱和吸收体夹在中间。可饱和吸收体利用 其自身的相应恢复时间作为时间选通门来对激光脉 冲进行时间上的整形， 对于脉冲中能量较低的部分完 全吸收， 引入损耗机制； 当脉冲中能量较高的部分通
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ ｆｉｂ ｅｒ ｌａｓ ｅｒ； ｆｉｂ ｅｒ ｏｐ ｔｉｃｓ； ｐ ａｓ ｓ ｉｖｅ ｍｏｄ ｅ－ ｌｏｃｋｉｎｇ 中图分类号 ＴＮ２４２
１ 引言
光纤激光器不仅广泛运用于光通信领域（如用于 波 分 复 用 （ＷＤＭ） 系 统 的 多 波 长 光 纤 激 光 器 和 时 分 复 用（ＯＴＤＭ） 的 超 高 速 锁 模 光 纤 脉 冲 激 光 器） ， 而 且 在 超 快 光 学 、光 纤 传 感 、工 业 加 工 、光 信 息 处 理 、全 色 显 示 、 激 光 制 导 、激 光 印 刷 、医 疗 等 领 域 都 具 有 广 阔 而 重 要 的应用。在光纤激光器中， 锁模光纤激光器不但可以 为光纤通信系统提供兼容的超短脉冲源， 且在光纤传 感和锁模基础研究方面也有着重要的作用， 已引起人 们的极大兴趣 ［１，２］。锁 模 分 为 主 动 锁 模 和 被 动 锁 模 ， 主 动锁模现在主要利用铌酸锂波导调制器来迫使激光 器 的 腔 频 相 位 同 步 ， 从 而 产 生 超 短 脉 冲［３］。主 动 锁 模 能 保证比较稳定的高重复频率， 但是受到调制带宽的限 制， 其输出脉冲宽度通常为皮秒量级， 并且还容易受 到 外 界 环 境 （ 如 温 度 变 化 、机 械 振 动 等 ） 、谐 振 腔 内 偏 振 态 起 伏 、超 模 噪 声 等 因 素 的 影 响 ， 需 要 很 多 复 杂 的
Ｌ激光与光电子学进展 ａｓｅｒ ＆ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ
被动锁模光纤激光器的研究进展
Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｐ ａ ｓ ｓ ｉｖ ｅ ｌｙ Ｍｏ ｄ ｅ －Ｌｏ ｃ ｋ ｅ ｄ Ｆ ｉｂ ｅ ｒ Ｌａ ｓ ｅ ｒ
钟义晖 张祖兴 陶向阳
如 图 ３ 所 示 ， ＮＯＬＭ 与 ＮＡＬＭ 不 同 的 是 没 有 放 大 器， 它是采用非对称的耦合器， 或者环路中采用不同 色散的光纤， 如单模光纤和色散位移光纤组成， 这样 通过自相位调制作用， 同样能产生强度相关的透射函 数 。最 近 ＮＯＬＭ 采 用 了 对 称 的 ３ ｄＢ 耦 合 器 和 弱 双 折 射光纤， 通过非线性偏振旋转效应也同样能实现锁模［８］。 ＮＡＬＭ 和 ＮＯＬＭ 都 能 产 生 强 度 相 关 的 透 射 函 数 ， 作 用 与快速可饱和吸收体类似， 而且其响应速度可达飞秒 量 级 。如 果 调 节 到 使 脉 冲 的 中 央 较 强 部 分 的 相 移 接 近 ｐ， 则脉冲的这部分能量被透射， 而边沿部分由于其功
Ｅｌｅｃｔｒ ｏｎ ｉ ｃｓ， Ｊ ｉ ａｎ ｇｘｉ Ｎｏｒ ｍ ａｌ Ｕｎ ｉ ｖｅｒ ｓｉ ｔｙ， Ｎａｎ ｃｈａｎ ｇ， Ｊ ｉ ａｎ ｇｘｉ ３３００２２， Ｃｈｉ ｎ ａ
摘要 关键词
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。 光纤激光器； 光纤光学； 被动锁模
过， 达到可饱和吸收体的饱和吸收阈值时， 可饱和吸 收体在强光的作用下吸收饱和被漂白而变得透明， 这 样使得后续部分得以在漂白恢复时间内无损耗地通 过； 而当可饱和吸收体达到响应恢复时间， 重新恢复 吸收特性后， 新的可饱和吸收过程便再次重新开始。 另外， 还可以把半导体激光放大器用作可饱和吸收 体， 但要求它工作时的偏置电流必须低于阈值。这种 方法产生的脉冲宽度一般为皮秒和飞秒级， 它虽然具 有 脉 宽 窄 、结 构 简 单 、紧 凑 、成 本 低 、锁 模 稳 定 、调 整 简 单 等 优 点 ， 但 是 这 种 激 光 器 不 是 全 光 纤 结 构［６］。 ２．２ 附加脉冲锁模
技术来提高系统的稳定性。此外， 铌酸锂波导调制器 的引入不仅导致了腔体的附加损耗， 而且还引入了一 个 非 光 纤 元 器 件 ， 难 以 实 现 全 光 纤 集 成 。因 此 ， 主 动 锁 模光纤激光器技术难度大， 成本相对较高。
目前被动锁模的主要方法包括腔内插入半导体 可饱和吸收体、非线性光纤环镜以及非线性偏振旋 转 效 应 作 等 效 可 饱 和 吸 收 体 附 加 脉 冲 锁 模 ［４］。随 着 脉冲的窄化， 峰值强度增大， 可饱和吸收体的作用进 一步加强， 被动锁模光纤激光器比主动锁模光纤激 光 器 能 产 生 更 短 的 脉 冲［５］。另 外 ， 由 于 其 不 需 要 任 何 外界的有源调制器件， 因此其腔体结构不仅更加简 单 ， 而 且 还 可 以 实 现 全 光 纤 集 成 。本 文 介 绍 了 目 前 主 要的几种被动锁模方法， 归纳了被动锁模光纤激光 器最新研究进展， 分析了它们的工作原理， 锁模方 法 、特 点 及 关 键 技 术 ， 最 后 对 被 动 锁 模 光 纤 激 光 器 应 用前景作了展望。
附 加 脉 冲 锁 模 是 利 用 非 线 性 放 大 环 镜（Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ Ｌｏｏｐ Ｍｉｒｒｏｒ ， ＮＡＬＭ） 或 非 线 性 光 纤 环 镜 （Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｏｏｐ Ｍｉｒｒｏｒ ， ＮＯＬＭ） 作 等 效 可 饱 和 吸 收 体 ［７］。ＮＯＬＭ 环 和 ＮＡＬＭ 环 （ 如 图 ２ 和 图 ３） 的 基 本 结 构 都 是 Ｓａｇｎａｃ 干 涉 仪 ， 这 种 结 构 具 有 全 光 纤 特 性 。 如 图 ２ 所 示 ， ＮＡＬＭ 是 将 一 个 放 大 器 非 对 称 地 置于耦合器的一侧， 这样进入耦合器的光被分成两个 传播方向相反的光束， 其中一路光刚进入环路即被放 大， 另一路则在离开环路时被放大， 由于自相位调制 的 作 用 这 两 列 相 反 方 向 传 播 的 光 在 ＮＡＬＭ 内 往 返 一 次后获得了不同的非线性相移， 而且相位差不是一个 常 数 ， 而 是 随 脉 冲 的 色 散 形 状 变 化 。 这 样 ＮＡＬＭ 就 具 有了类似饱和吸收体那样的强度相关的透射函数。
被动锁模光纤激光器腔体结构简单， 可以实现全 光纤集成， 是产生超短脉冲的一种非常行之有效的方 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。从概念上理解， 非线性偏振旋转其锁模 机 制 与“８”字 形 激 光 器 相 同 ， 这 里 只 是 用 同 一 脉 冲 的 两 个 正 交 分 量 代 替 反 向 传 输 的 两 列 波 。从 实 用 的 角 度 看， 这种方法可以用一个具有单个光纤环形腔的光纤 激光器来实现， 结构非常简单。其基本原理如图 ４ 所 示。假设初始脉冲是线偏振态， 通过一个四分之一波 片后变为椭圆偏振态， 而椭圆偏振光可以认为是强度 不 同 的 左 旋 和 右 旋 圆 偏 振 光 两 个 偏 振 分 量 的 叠 加 ［４］。 这两圆偏振分量在光纤中传输时由于受光纤的非线 性效应作用 （包括自相位调制和交叉相位调制） 会产 生大小不同的非线性相移， 从而使脉冲偏振态发生变 化， 且沿整个脉冲的偏振态变化不是均匀的， 脉冲峰 值 处 偏 振 态 旋 转 大 于 两 翼 处 。调 节 光 纤 输 出 端 半 波 片 的取向， 使得脉冲中央的高强度部分能透过其后的起 偏器， 而两翼的低强度部分被阻止， 就形成了等效的 可饱和吸收体， 脉冲取得了压缩。
图 １ 可饱和吸收体锁模物理机制示意图
图 ２ 非线性放大环形镜示意图 中国光学期刊网： ｗ ｗ ｗ ． ｏｐｔｉｃｓ ｊｏｕｒｎａｌ ． ｎｅ ｔ ４７