1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，上海先进通信与数据科学研究院，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
2 中国计量科学研究院，北京 100029
3 华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程实验室，湖北 武汉 430074
4 东莞理工学院电信工程与智能化学院，广东 东莞 523808
5 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062
6 浙江省引力波精密测量重点实验室国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
利用45°倾斜光纤光栅（45°-TFG）作为光纤型起偏器，搭建了一台高可靠性高稳定性的掺铒锁模光纤激光器，并以此为基础实现了重复频率和载波包络偏移频率的精确锁定。当泵浦功率为228 mW时，基于45°-TFG的锁模激光振荡器可实现3 dB光谱带宽为60.4 nm、脉冲宽度为68 fs的超短脉冲输出，在12 h内功率的均方根稳定性达到0.033%，且在较大的泵浦范围内均能维持较好的展宽锁模状态。经过自主搭建的非线性脉冲放大、超连续谱产生以及自参考拍频干涉光路，获得了信噪比为32 dB的信号。最后通过搭建基于锁相环的主动反馈控制电路，将和信号溯源至一台GPS时频系统，最终测得和信号归一化后在1 s门时间内频率稳定度为2.38×10-12和6.41×10-16。这是首次实现基于45°-TFG的光纤激光频率梳，表明了基于45°-TFG的锁模光纤激光器在实际应用中的潜力。
锁模光纤激光器 光纤光栅 非线性偏振旋转 光纤激光频率梳 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0106005
1 西南技术物理研究所，四川 成都 610046
2 长春理工大学 物理学院，吉林 长春 130022
3 鹏城实验室 数学与理论部，广东 深圳 518000
采用半导体可饱和吸收镜的锁模光纤激光器是构建皮秒脉冲光纤放大器的热门候选种子光源之一。本文利用非线性薛定谔方程从理论上分析了单模传输光纤和单模增益光纤的模场半径、增益光纤的光纤长度、光纤布拉格光栅的反射率、半导体可饱和吸收镜的调制深度、非饱和损耗和饱和通量对输出脉冲特性的影响。对输出激光的脉冲和光谱特性也进行了理论研究。根据仿真结果，搭建了基于非保偏线型腔和SESAM的掺镱锁模光纤激光器系统。在没有任何腔内色散补偿和外部偏振控制的情况下，获得了中心波长为1.06 μm、脉冲宽度小于12.51 ps、光谱宽度为0.32 nm、重复频率为37 MHz、输出功率为2 mW的稳定锁模脉冲激光输出。在我们的实验中，激光脉冲的光谱边缘平滑，光谱分布非常接近高斯线型。最后，通过系统的仿真，近红外锁模光纤激光器的整体结构得到了优化。本文介绍的锁模光纤激光器具有紧凑的非保偏光纤结构、精简的腔内配置和较少的元器件、高质量的输出脉冲相关特性，有望为下一代皮秒脉冲光纤激光器提供性能优异的实用化种子光源。
非保偏光纤 高斯线型光谱 锁模光纤激光器 结构优化 non polarization maintaining fiber Gaussian linear spectrum mode-locked fiber laser structural optimization
上海大学 特种光纤与光接入网重点实验室 上海先进通信与数据科学研究院 上海大学特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
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。
锁模光纤激光器 孤子脉动 色散傅里叶变换 mode-locked fiber laser soliton pulsation dispersive Fourier transformation 红外与激光工程
2022, 51(1): 20210749
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所激光技术新体系融合创新中心，上海 201800
3 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院，浙江 杭州 310013
4 香港理工大学电机工程系，香港
5 上海科技大学物质科学与技术学院，上海 201210
超快光纤激光器具有结构紧凑、可靠性高和光束质量好等优点，在科学研究和工业生产上有广泛的应用。2～5 μm波段的中红外超快光纤激光器在气体探测、激光手术与中红外对抗中具有巨大的应用潜力，已成为超快光纤激光器领域的一个研究热点，尤其是利用掺杂铒离子的氟化物光纤作为增益光纤的光纤激光器，其可利用常见的980 nm泵浦激光产生2.8 μm波段的超快激光，是研究最为广泛的中红外超快光纤激光器系统之一。然而，2.8 μm波段的超快光纤激光器无论是在平均功率还是在单脉冲能量上，都与国际先进的近红外波段超快光纤激光器存在较大差距。前期报道的2.8 μm超快光纤激光器输出的最高平均功率约为1 W，单脉冲能量约为30 nJ，这极大地限制了中红外超快光纤激光在高灵敏度气体测量等领域的应用。针对这一问题，本文设计了一套基于掺杂铒离子氟化物光纤的多级啁啾脉冲放大系统，并对其进行了数值模拟，此系统可将脉冲平均功率放大到10 W量级，从而获得超过250 nJ的单脉冲能量。此系统输出的高能量中红外脉冲具有约400 fs的超宽脉冲宽度，脉冲峰值功率可达450 kW。
西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710072
通过在耗散孤子锁模光纤激光器外接入马赫-曾德尔干涉仪，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、6.24、9.4、15.3 ps的耗散孤子分子，对应的光谱调制间隔分别为8.3、6.1、3.83、1.88、1.27、0.85、0.52 nm。理论分析了孤子分子的产生机理并与实验数据保持一致。本研究为实现间距可控孤子分子超短脉冲提供了一个行之有效的方法。
激光光学 耗散孤子 孤子分子 锁模光纤激光器 激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2114013
1 中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学杭州高等研究院物理与光电工程学院, 浙江 杭州 310013
4 马克斯普朗克光科学研究所罗素学部, 德国 埃朗根 91058
5 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
脉冲光孤子相互作用的动力学行为在超快脉冲激光和光孤子通讯等领域有着重要的研究价值和应用前景。锁模光纤激光器作为产生、观测及操控超快孤子脉冲的优秀非线性平台,推动了孤子动力学领域的快速发展。利用基于光子晶体光纤中高频声光效应的被动锁模光纤激光器,研究了大量光孤子的复杂相互作用。光纤激光器腔内的高频声光相互作用产生的相对稳定的光机晶格将激光器分割成了数百个相互独立的势阱,每个势阱可束缚非稳态的多个光孤子,形成了一种宏观(光机晶格)稳定,局部(每个势阱内)存在剧烈脉冲间相互作用的亚稳态工作状态。在实验中,对激光器的偏振态进行调节可实现势阱中孤子数量和孤子能量的调控。研究结果表明,基于光子晶体光纤中声光效应的高频脉冲激光器可被用来研究大量光孤子脉冲的复杂相互作用,有望为孤子动力学的研究提供新的思路和有潜力的研究平台。
激光器 锁模光纤激光器 声光效应 光孤子 光子晶体光纤 孤子动力学 中国激光
2021, 48(19): 1901006
1 清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室, 北京 100084
2 北京邮电大学电子工程学院信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
双光梳光谱技术作为一种新兴的宽带光谱测量技术,具有超高分辨率、高灵敏度和高采样率的特点,在气体吸收谱测量、温室气体排放监控、非线性光谱成像等领域具有重要应用。研究表明,仅从一台激光器中产生高相干的双光梳光源,克服了传统双光梳光源产生方法中存在的频率锁定系统复杂、梳齿数量较少、制作工艺困难等缺点,这种光源是理想的双光梳光源之一。结合国内外相关研究进展,综述了单腔双光梳的产生方法、单腔双光梳锁模光纤激光器中的孤子动力学研究以及单腔双光梳的应用。
激光器 双光梳光谱技术 单腔双光梳 锁模光纤激光器 中国激光
2021, 48(15): 1501001
