《光学学报》2017年第2期Highlight文章——

全保偏光纤激光器重复频率的精确锁定

高精度的重频锁定超短脉冲激光在光通信、测距以及光梳等研究领域有着重要应用。常见的重频锁定方法是将光学元件粘贴压电陶瓷上,以电致机械伸缩控制激光器的几何腔长,重频锁定精度一般在毫赫兹量级。

随着超快激光向全光纤、全保偏、小型化发展,使得机载和星载逐步成为可能。因此,研究一种更高锁定精度、全光纤化的重频锁定方法显得尤为重要。

上海理工大学曾和平教授课题组对光纤激光器的重频锁定进行了深入的研究,通过共振增强光学非线性实现对有源增益光纤折射率的精密调控,实现了全保偏光纤激光器的重频锁定。

相关研究成果发表在《光学学报》2017年第2期(罗浆,杨松, 郝强,曾和平,SESAM 锁模全保偏光纤激光器重复频率的精确锁定,DOI: 10.3788/aos201737.0206003),得到了国家重大科学仪器设备开发专项、国家自然科学基金等项目的支持。

通过共振增强光学非线性实现对有源增益光纤折射率的精密调控,即在掺镱光纤激光谐振腔内加入一个980 nm/1064 nm波分复用器和一段用于控制光学腔长的掺铒光纤,实现了全保偏光纤激光器的重频锁定。在不影响锁模状态的前提下,通过调制加载至该掺铒光纤上的抽运光强度来改变该段光纤中铒离子的反转粒子数,进而控制该光纤的非线性折射率,实现对整个激光器光学腔长的控制。

实验中分别测量了不同掺铒光纤长度、抽运光初始功率对激光器重频控制范围和锁定精度的影响。结果表明,当掺铒光纤为1.75 m时,可实现180 Hz的重频调整范围。重频的锁定精度仅与抽运光的初始功率相关,而与掺铒光纤长度无关。当泵浦光为18 mW时,重频峰-峰值的波动范围为±0.5 mHz,相应的标准偏差为0.16 mHz。


1 实验原理示意图

他们进一步比较了自由运转与重频锁定状态下激光器重频的变化情况,如图2红色和蓝色曲线所示。可以看出,由于环境温度变化,激光器重频自由漂移范围为±20 Hz。当采用共振增强非线性折射率控制方法可以将重频变化控制在±0.5 mHz,标准偏差为160 μHz。


2 实验结果示意图

随着光学频率梳的飞速发展,使得重频精确锁定的光纤激光器在绝对距离测量、天文观测和星载光钟等领域中将扮演日益重要的角色。而自启动、低噪声飞秒激光器和高精度重频锁定及相位锁定单元是实现全保偏光纤飞秒光梳装置关键,后续研究工作将放在腔内噪声抑制、超连续谱产生、载波相位探测和锁定等方面。