光纤环形腔选频放大器

最新研究的典型环形谐振腔自相似光纤激光器有:孤子-自相似子光纤激光器;耗散孤子自相似全正二阶色散光纤激光器;全光纤环拉曼抛物自相似脉冲激光器;自相似矢量孤子光纤激光器;G raphene 锁模自相似光纤激光器等。以下简要描述这些激光器腔型结构、动力学机制、锁模方法和实验结果。

2010 年,B .Oktem 等研究的最新的"孤子-自相似子"光纤激光器是单环腔, 采用非线性偏转演化被动锁模方法, 其实验装置如图3 所示, 其中QWP 是1/4 波片, PBS 是偏振分束器。

2010 年,W .H .Renning er 等研究了单环腔"全正二阶色散自相似光纤激光器"的特性, 即ANDi 光纤激光器, 其结构由三大主要部分构成:增益光纤(掺Yb 光纤)、NPE 锁模元件和光栅滤波器。该装置的最大特点是不采用负GVD 的色散补偿光纤对自相似进行整形, 而是用负啁啾函数的光栅对自相似啁啾脉冲进行滤波, 从而减少了非线性效应和高阶效应对脉冲演化的影响。

他们首先采用的单模保偏光纤, 在忽略偏振模色散(线性偏振)效应而仅仅考虑自相似脉冲演化非线性偏振分量的耦合作用的条件下, 运用耦合的N LSE 进行表征和数值计算所示。在5 m 长的增益介质演化过程中, 脉冲功率谱趋于自相似抛物线包络.但是, 他们的研究结论没有指出由于脉冲功率变化可能引起的正交偏振分量的耦合效应(比如,交叉相位调制)或者不出现耦合效应时脉冲的阈值, 这两个问题都是大功率自相似光纤激光器运行中不可回避的实际问题。

为了研究自相似光纤激光器重复频率的稳定性问题,Wei-Wei Hsiang 等把一个掺Yb 单环形腔自相似光纤激光器(其二阶色散为+0 .068 ps2)和一个掺Er 单环形腔自相似光纤激光器(其二阶色散为-0 .182 ps2)通过波分复用耦合器耦合成双环形腔自相似光纤激光器。其中M2 为半反射镜,GP 是光栅对压缩器。

两个单环形腔各自采用偏振控制加成锁模P-APM方式实现锁模, 双环形腔依赖两个单环激光器脉冲的交叉相位效应实现锁模。通过测量双脉冲序列的重复频率, 实验结果发现:双环形腔的交叉相位锁模与两个单环形偏振加成锁模可以同时实现, 获得了稳定重复频率的双波长输出。掺Yb 单环形腔锁模激光脉冲的中心波长在1035 nm(其二阶色散约为+0 .068 ps2), 从5 %输出耦合器输出的脉冲的频谱如图9(a)所示, 在频谱的中心附近是抛物形状, 前后沿非常陡, 可以判断081409-748 , 081409是脉冲自相似演化的结果, 其中的小插图是通过偏振分束器输出5 %的自相似激光脉冲的频谱, 所需要补偿的啁啾量约为-0 .182 ps2 , 补偿整形后的脉冲宽度约为3 ps 。通过调节腔内光纤长度和波片的方位, 掺Er单环形腔也同步实现了脉冲锁模, 掺Er 光纤长度是该腔单模光纤的1/3 , 但是由于掺Er 光纤对于1560 nm中心波长的脉冲应当具有负的二阶色散, 所以, 脉冲在腔内进行的是呼吸孤子(又称为拉伸孤子)脉冲演化,形成耗散孤子, 其频谱形状如图9(b)所示, 其中的小插图是由该腔内PBS 输出5 %的耗散孤子激光脉冲的频谱。两种波长同步输出, 形成相同重复频率的双波长激光脉冲的稳定输出。

如果继续增加抽运功率, 实验发现, 双波长激光脉冲会发生相互"碰撞"作用, 形成有边带结构、中心波长约为1550 nm 激光脉冲, 其产生的物理机制需要做进一步研究。但是, 该激光器的实验没有给出输出脉冲的能量、脉宽以及峰值功率, 也没有给出具体的重复频率值。

由于人们对腔内GVD 的大小和正负缺乏准确地测量, 对结果的理解和对实验结论的解释缺乏一致性;同时, 其输出脉冲的能量、脉宽和峰值功率, 以及重复率大小与实际应用还有一定的距离。

把耗散孤子光纤激光器归类为自相似光纤激光器, 是因为其信号脉冲的增益过程实际上是自相似演化过程, 即脉冲的能量增益阶段是在正的二阶色散区域完成的---自相似演化, 该自相似脉冲继续传输到腔内的负色散区域后, 自动进行了整形(可能使输出频谱偏离了自相似脉冲的频谱特征)。由于腔内各种复杂参数(已知的和未知的)的作用, 整形后的脉冲特性与自相似脉冲、耗散孤子脉冲、色散管理孤子等有很大的差别。2010 年, Liu Xueming采用18 m 长的掺Er 光纤和双偏振控制器的加成锁模单环形腔耗散孤子---自相似光纤激光器的特性。

理想选频放大器的幅频特性为矩形。在矩形所定的频率范围内，信号全部通过，电压增益Au=Aum，为通带。而在此范围外的信号则全被抑制，Au=0，为阻带。实际的选频特性并非矩形，通带和阻带间有过渡带。通常用下列参数说明:①中心频率f0;②最大电压放大倍数Aum③带宽B;④选择性S。中心频率是选频的基准，两边的频率以它为对称中心;f0处的电压放大倍数为Aum。Au下降到Aum的70.7%的上限频率和下限频率之差为带宽B,下降到10%的带宽称为B0.1。选择性的优劣以B与B0.1之比来表示，通称矩形系数，其值越接近于1说明选择性越好。选择性有时以品质因数Q表示f0/B;Q值越高，选择性越好。