单纵模激光器

例如在腔内加人小孔光栏，减小腔费涅尔数，用直角棱镜代替腔全反镜，采用非稳腔或临界腔，使用软边光栏或软边反射镜等。

输出激光模式既是单纵模又是单横模的激光器。单纵模是指谐振腔内只有单一纵模(单一频率)进行振荡;

单横模又称基横模，是指光强在光横截面上的分布为高斯分布。

获得单纵模的主要方法有:

1.短腔长法，缩短谐振腔长使纵模间隔大于增益曲线。

2.色散腔法，在谐振腔内加入棱镜或光栅构成色散腔，使只有某一特定频率的纵模能够振荡。

3.标准具法，在谐振腔内插入一参数合适的标准具，使只有单一纵模能通过标准具振荡。

4.滤光片法，在腔内插入一双折射滤光片，使通过滤光片的光频率间隔大于增益线宽。获得单横模的主要方法是采取适当措施抑制高阶横模，保证谐振腔内只有基横模能够振荡。

随着研究的不断深入,锁模光纤激光器的种类也不断丰富,所利用的锁模技术也不尽相同。我们根据锁模方式的不同可以将锁模光纤激光器大致分为三种-一是主动锁模,一是被动锁模,还有混合锁模光纤激光器。

主动锁模光纤激光器利用的锁模方式一般是引入外界信号使激光器腔体内的参量达到周期性变化。其特点是,在腔体内加入调制器件或注入外部光脉冲,主动调制腔内光波以达到锁模的目的。现在普遍研究的主动锁模光纤激光器一般有典型的基于调制器的锁模光纤激光器、有理数谐波锁模(RHML, Rational Harmonic Mode Lock)光纤激光器以及注入型锁模(Injection Mode Lock)光纤激光器。

20世纪80年代中期,英国南安普顿大学的研究人员首创出第一台主动锁模光纤激器。若不考虑系统的稳定性问题,1996年,日本的Yoshida等人提出了能产生重复频率高达200GHz有理数谐波锁模脉冲的激光器。2000年,H.Avramopoulos的研究小组研究出能产生多波长输出的注入型主动锁模激光器,可同时输出10个波长的脉冲,重复频率为30GHz,脉宽7ps[i6]。同年的OFC会议上,此小组又一次报道了他们研制的性能提高后的注入型激光器,重复频率提高到40GHz,调谐范围为20mn。

用主动锁模光纤激光器产生的锁模脉冲形状对称且重复速率高,其中心波长可调谐,也比较容易实现高阶谐波锁模,而且能够直接产生无频率啁嗽近似变换极限的光脉冲。然而,直接利用调制器的主动锁模光纤激光器由于调制频率的限制,对脉冲重复频率的提高影响较大;另外,锁模脉冲和其峰值功率对外界环境要求较高,外界的干扰常常会导致输出脉冲波形不稳定。激光器腔体内偏振态起伏、腔长浮动以及超模噪声等因素都会对激光器输出的光脉冲产生影响有时为了提高系统的稳定性,需要增加一些额外的措施。而且,调制器的使用在腔体内引入了附加损耗,而调制器本身是一个非光纤元器件,也使得激光器不能进行全光纤集成。

被动锁模光纤激光器是利用饱和吸收体、非线性光纤环形镜(NOLM, Nonlinear Optical Loop Mirror)> 光纤的非线性偏振旋转(NPR, Nonlinear Polarization Rotation)等方法来产生锁模脉冲的。

可饱和吸收效应早在20世纪70年代就被应用于被动锁模。主要是利用光脉冲在通过吸收体时,其边缘部分的损耗会大于中央部分,光脉冲被不断窄化的原理来形成锁模。利用的可饱和吸收材料通常是半导体吸收介质(如InGaAsP等),所以这种结构并不是全光纤结构。利用可饱和吸收产生的光脉冲脉宽一般为ps级或fs级,容易实现光脉冲的自启动,能够使重复频率达到较稳定的状态。非线性光纤环形镜进行被动锁模,利用的是在腔内进行的非线性效应的作用产生的光脉冲在亲合器处分开,形成相反方向传输且幅值相同的两个部分,由于自相位调制(SPM)和交叉相位调制(XPM)等作用,产生非线性相移。而由于EDFA放置不对称,两部分分别产生的相移量不同,两部分同时再次进入到耦合器时,相干叠加后就会出现自幅度调制的脉冲窄化。在功能上,这种效应与可饱和吸收体相似,有时被并称为加成脉冲锁模(APM)。这种光纤激光器一般采用"8"字型结构。根据获得相向传输的两束光的方法不同,还可以分为非线性光学环形镜(NOLM)、非线性放大环形镜(NALM)和色散非均衡环形镜等。

利用主动或被动方式锁模的激光器,因为结构、元件等因素都有其相应的缺点和难以解决的问题。所以,可以在同一激光器腔体内综合两种以上的锁模技术来实现锁模,以得到窄脉宽,高重复频率且输出稳定的孤子脉冲序列。这种类型的激光器一般采用"8"字形结构,通常是在"8"字型被动锁模结构的其中一臂上加入主动锁模调制器件。

主被动混合的锁模光纤激光器可以结合两种锁模激光器的优点,但不可避免的也遗留了一些缺点,如因引入主动锁模,系统结构难以实现全光纤集成等,这些问题还需要进一步的研究完善。