超长腔被动锁模光纤激光器的研究进展
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。
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。
被动锁模光纤激光器的理论分析与实验研究
被动锁模光纤激光器的理论分析与实验研究被动锁模光纤激光器的理论分析与实验研究摘要：本文研究了被动锁模光纤激光器的理论分析与实验研究，主要包括锁模激光的产生机制、锁模条件的数学推导、锁模激光的特性、实验平台的构建及实验结果。
在理论分析方面，通过建立光纤传输方程，推导出锁模条件，分析了参数对锁模效果的影响。
在实验方面，设计并搭建了实验平台，通过调节光纤长度、反射镜间距等参数，实现了被动锁模光纤激光器的产生。
实验结果表明，经过优化的参数可以得到高质量的锁模激光，具有优异的光束质量和稳定性。
本研究结果对于实现高质量光信号传输具有重要意义，对于光纤通信系统的发展具有一定的推动作用。
关键词：被动锁模、光纤激光器、锁模条件、光束质量、实验研究1. 引言被动锁模光纤激光器具有高光束质量、高稳定性、高效率等优点，在光通信、光测量、激光器制造等领域得到了广泛应用。
锁模光纤激光器的锁模条件是实现锁模的重要保障。
本文通过理论分析和实验研究，探讨了被动锁模光纤激光器的锁模条件、锁模效果及其影响因素，对于实现高质量光信号的传输有着重要意义。
2. 理论分析2.1 光纤传输方程光纤传输方程是研究被动锁模光纤激光器的理论基础。
假设光纤中的光场可以用标量波动方程描述，则光纤传输方程可以表示为：∂E(x,t)/∂z + αE(x,t) = -j2πn(x,t)E(x,t)其中，E(x,t)表示空间坐标为x点的光场强度，n(x,t)表示光纤中介质折射率分布，α为介质损耗常数。
2.2 锁模条件为了实现被动锁模光纤激光器，需要满足一定的锁模条件。
通过对光纤传输方程的求解，可以得到锁模光纤激光器的锁模条件：L = 2*π*(d1+d2)/m其中，L为光纤长度，d1、d2表示光纤两端的反射镜间距，m为锁模振荡腔理论模式数。
3. 实验研究3.1 实验平台本实验使用光纤放大器作为掺铒光纤，构建了一套简单的被动锁模光纤激光器实验平台。
实验平台包括光源、光纤、光栅片、反射镜、功率计等设备。
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
关于激光器研究(文献综述)
关于锁模光纤激光器的研究前言激光器，顾名思义，即是能发射激光的装置。
1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。
1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。
1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。
1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。
以后，激光器的种类就越来越多。
按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。
近来还发展了自由电子激光器，大功率激光器通常都是脉冲式输出。
2004 年，Idly 提出了一种自相似脉冲光纤激光器，同时为这种光纤激光器建立了一种数值模型。
模型中采用非线性薛定谔方程（NLSE）描述脉冲在正色散光纤中的传输，引入了一个与脉冲强度相关的透过率函数将NPE 锁模机理等效成快速可饱和吸收体（SA）的作用0 模拟发现这种激光器输出的脉冲具有抛物线的形状和线性啁啾，能量可高达10nJ。
随着自相似脉冲在实验上的实现，自相似锁模光纤激光器迅速成为超短光脉冲领域的研究热点。
用Idly 模型对自相似锁模光纤激光器的研究不断取得新的进展。
在此我将对激光和激光器的原理和基于原理而做出的进一步的相关研究（如被动锁模光纤激光器）做一个大致的探讨。
主题激光器的原理非线性偏振旋转被动锁模环形腔激光器的结构如图1所示, 激光器由偏振灵敏型光纤隔离器、波分复用器、偏振控制器、输出藕合器、掺yb3+光纤组成。
其工作原理为从偏振灵敏型光纤隔离器输出的线偏振光,经过偏振控制器PCI(1/4 λ波片)后变为椭圆偏振光, 此椭圆偏振光可看成两个频率相同、但偏振方向互相垂直的线偏振光的合成, 它们在掺yb3+增益光纤中藕合传输时, 经过光纤中自相位调制和交叉相位调制的非线性作用, 产生的相移分别为其中n1x 、n1y分别为yb3+光纤沿X、Y方向的线性折射率, n2、l分别为该光纤的非线性折射率系数和长度。
光纤激光器研究进展
收稿日期:2008-10-13.动态综述光纤激光器研究进展申人升,张玉书,杜国同(大连理工大学物理与光电工程学院,辽宁大连116023)摘 要: 光纤激光器具有寿命长,模式好,体积小,免冷却等一系列其他激光器无法比拟的优点,近年来受到了来自电子信息、工业加工和国防科技等研究开发领域的高度关注。
文章概述了光纤激光器典型的工作原理,阐述了其当前主要研究方向以及国内外研究现状,最后提出了光纤激光器产业化的趋势。
关键词: 光纤;光纤激光器;光子晶体光纤;超短脉冲中图分类号:TN248 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2009)01-0001-05Latest Development of Fiber LasersSH EN Ren -sheng ,ZH ANG Yu -shu,DU Guo -tong(School of Physics and Optoelectronic Technology,Dalian University of Technology,Dalian 116024,C HN)Abstract: Fiber lasers ow n lots of advantages co mpared w ith other lasers,including lo ng life,goo d mode,compactness,etc.Recently,fiber lasers have received increasing ly intensiveattention in the applications o f electro nic inform ation,industr y processing and national defense technolog y.T he ty pical principle o f fiber laser is explained and resear ch progr esses about fiber lasers are review ed.Furthermore,the future developm ental trends fo r laser fiber are discussed.Key words: fiber;fiber lasers;photonic crystal fiber;ultrashort pulse0 引言光纤激光器诞生于20世纪60年代初,它是伴随着光纤通信技术、光纤制造工艺以及与激光器生产技术的日趋成熟而迅猛发展起来的新型器件。
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。
石墨烯被动锁模光纤激光器的研究进展
１ 引 言
被动锁模激光器可以产生皮秒 （ ｐ ｓ ） 或飞秒 （ ｆ ｓ ）
级 的超短 脉 冲 ， 在高速光通信 、 非线性光学 、 生 物 医 学 等众 多领 域有 着 广 阔 的应 用 。其 中 ， 光纤 激 光 器 又 因为结 构 简单 紧 凑 、 稳定性高 、 成本低 、 容 易 集 成
・ 综述 与评论 ・
石 墨 烯 被 动 锁 模 光 纤 激 光 器 的研 究 进 展
宋浩 青 ， 杨 爱 英
（ 北京理工大学光 电学 院， 北京 １ ０ ０ ０ ８ １ ）
摘
要： 自２ ０ ０ ９年 石 墨烯 （ Ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ） 材料 被成 功 用于 产 生超 短脉冲 以来 ， 出现 了 多种 腔 形 、 多
种 波长 、 多种脉 冲 特性 的锁 模 激光器 。利用 石 墨烯 可 饱 和 吸 收特 性 制 成 的锁 模器 件 具 有 稳定
性好、 响应波长广 、 恢复时间短、 插入损耗小等多方面的优势， 是 目前超短脉冲领域 的研究热 点。重点对石墨烯被动锁模光纤激光器 的研究进展进行 了总结 ， 并针对该领域面临的问题 ， 指
是将半导体量子阱和布拉格镜结合起来 ， 对入射光 进行可饱 和吸收和反射 的装置… 。该技术 已相对 成熟 ， 是目 前商用被动锁模光纤激光器的主流技术。 然而半导体反射镜也有不足之处 ： 需要复杂 、 昂贵 的 半导体生产设备 ， 较大的厚度引起较大的耦合损耗 ， 响应 带 宽 比较窄 等 。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｓ ｉ ｎ ｃ ｅ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｓ ｕ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ ｔ ｏ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｉ ｎ ２ ０ ０ ９， ｍａ ｎ ｙ ｍｏ ｄ ｅ — ｌ ｏ ｃ ｋ ｅ ｄ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｅ ｍｅ ｒ ｇ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｖ ａ ｉ ｒ ｏ ｕ ｓ ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ， ｗ ａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ． Ｍｏ ｄ ｅ － ｌ ｏ ｃ ｋ ｅ ｒ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｂ ｌ ｅ ｂ－ ａ
被动锁模光纤激光器的研究进展
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
3μm波段被动锁模光纤激光器及宽带超连续谱产生的研究
摘要3μm超短脉冲激光在军事、医疗、科技等领域具有广泛的应用前景，目前已被应用于光谱学、远距离传感、频率计量、自由空间通讯、激光手术、激光探测和测距、导弹制导和中红外非线性光学高效率泵浦。
因为光纤激光器具有结构简单紧凑、稳定性高、散热性好、光束质量高以及成本低的特点。
所以3μm波段的锁模光纤激光器是激光器领域的一个重要发展方向，受到了激光器领域研究人员的广泛关注。
本文主要对3μm被动锁模光纤激光器进行数值仿真研究和实验探究。
在数值仿真研究部分，本文首先推导了描述激光脉冲在增益光纤中传输演变的耦合金兹堡-朗道方程(G-L方程)。
然后分析了基于可饱和吸收体(SA)和非线性偏振旋转(NPR)结构的被动锁模光纤激光器原理，并建立了不同腔形、不同锁模原理的被动锁模光纤激光器数学模型。
最后基于建立的锁模光纤激光器数学模型，对3μm被动锁模Ho3+/Pr3+共掺ZBLAN光纤激光器进行了数值模拟研究。
结果表明，通过在NPR锁模光纤激光器腔内加入SA，可使得激光器系统对增益光纤的长度选择更为宽泛，对泵浦强度的限制更低，对腔内的激光偏振状态要求更低，通过调节偏振波片，更容易出现稳定锁模脉冲输出。
在实验探究部分，我们首先基于液相沉积(LPE)方法制备出了高质量的多层黒磷(BP)材料，并制作了调制深度为41.2%，饱和强度为3.767MW/cm2的黒磷可饱和吸收体（BPSA）。
基于BPSA，我们获得了脉冲宽度为8.6ps，重复频率为13.987MHz，脉冲能量为6.28nJ，输出功率为87.8mW的2866.7nm锁模脉冲激光。
成功的证实了二维材料黒磷作为3μm波段SA产生脉冲的可能性。
另外，我们尝试搭建了基于NPR+半导体可饱和吸收镜（SESAM）的3μm混合锁模Ho3+/Pr3+共掺ZBLAN光纤激光器。
结果发现混合锁模光纤激光器中NPR结构并没有发挥等效可饱和吸收体的作用，仅SESAM发挥脉冲调制作用产生了调Q脉冲。
腔型可变的有理数谐波锁模光纤激光器实验研究
基金项 目：国家 自然科学基 金 （ ６ １ ０ ６ １ ０ ０ ４） ； 教 育 部新 世纪 优 秀人 才支 持计 划 （ Ｎ Ｃ Ｅ Ｔ一１ ０—０ ０ ９ ９） ； 贵州省 优 秀青年 科 技人 才专 项基 金
度不 均衡 问题 。产 生 幅度 不 均衡 的原 因有 以下 两 种： 一是超 模 噪声 。为 了实现 高重 复频 率 的谐波 脉
的 。 目前 ， 普遍 使用 的调 制 器 是 Ｌ ｉ Ｎ ｂ Ｏ ３波 导 电光
强度 或 相 位 调 制 器 ｊ 。 调 制 器 受 射 频 信 号 的 驱
动， 形 成周 期性 的损 耗 或 者 相位 变 化 ， 在 这种 周 期 性 变 化 的作 用 下 ， 腔 内的光场 也会 受 到周 期性 的调 制， 进 而产 生锁 模脉 冲序 列 。
摘 要 ： 本 文提 出并分 析验 证 了一种 腔 型可 变的锁 模光 纤激 光 器结构 。 方案 中 ， 简单 改 变 电光 调 制 器的位 置 可 以分 别 实现环 形腔 和 法布 里 一珀 罗 （ Ｆ—Ｐ） 腔 的主 动锁 模 激 光 器 。 实验 中重 点研
究 了两种 结构 下有 理 数谐 波 锁模 的 效果 ， 通 过 比较 可 以看 出在 Ｆ—Ｐ腔 结 构 下 ， 腔 内光 脉 冲先后
为 了得 到重 复频 率更 高 的脉 冲 ， 在 主动锁 模技 术 基础 上发 展 的有 理数 谐 波锁 模 技 术 引起 人 们 越
来 越 多的关 注 。在实 现有 理数谐 波 锁模 时 ， 调 制频
通 信等 多个 光学 领域 ， 在 未来 全光 通信 网络 中具 有
重 要地 位 。
率 与谐 振腔 基频 （ 或基 频 的 整数 倍 ） 间具 有 一个 微
被动锁模掺饵光纤激光器的研究
Ｋ ｒ ｏ 模型来描述。我们讨论了在近邻耦合的情况下 ， ｕａ ｔ ｍ ｏ 考虑到周期性边界条件 ， 相当于手拉手式 的圆环形 结构。如果给定适当的初值条件， 可以得到由这组位相振子 的几何对称分布所决定 的分成几个部分 的同步
行为 。在此 同步行 为 的过程 中 ， 如果 改 变其 中任 意一 个位 相 振 子 的动 力学 行 为 ， 据 改变 程 度 的 不 同 ， 们 根 我
自启动偏振复用器 ， 隔离器 ， 两个
二分 之一 波片 和掺 饵光纤 等 。 实验 中泵 浦光 由最 大泵 浦功 率 为 １０ｍ 的 ９０ｎ ２ ｗ ８ ｍ半 导体 提 供 ， 形腔 中增 环 益 由 Ｃ ｒｉｇ公 司提供 的 Ｃ波段 掺 Ｅ“光纤 产 生 ， 长 度 为 １ ９０ｎ ／ ５０ｎ 波 分 复 用器 和 隔离 器 由 ｏｎ ｎ ｒ 其 ３ｍ，８ ｍ １５ ｍ
的影响具有非常重大的意义 ， 不仅在量子信息及量子计算方面有重大的应用 ， 而且由于电四极跃迁对场的非 均 匀性质 的敏感性 ， 有 电 四极跃 迁 的原 子或 分子 可用来 探 测场 的非 均 匀性 。另 一 方面 ， 种介 电常数 和磁 具 一 导率 同时为负的人工材料 ， 即左手材料引起 了人们的广泛关注 。由于负折射率材料中电磁波 的奇异性质 ， 在 负折射率波导中， 存在虚数波矢的导波模 ， 其能量集 中在交界面附近 ， 这种导波模被称为表面导 波模 。那么 负折射率材料对原子 的电四极跃迁会有什么样 的影响呢？本文分析 了处于负折射率波导中的单个碱金属原 子由 ｌ ＝２ ｍ ＝０ 态到 ｌ ｆ ， ） ｆ＝０ ｍ ＝０ 态的电四极跃迁 。发现负折射率材料能够加强模密度 ， ， ） 在负折射 率波导 中电四极辐射的振幅相 比真空 中增加了几个量级 。当负折射率波导的中间层厚度 比辐射波长小很多 时， 电四极辐射速率可具有与通常电偶极辐射速率相同的量级。
基于二维材料和改进NPR的被动锁模光纤激光器研究
基于二维材料和改进NPR的被动锁模光纤激光器研究AbstractPassive mode-locked fiber lasers become a hot topic due to their important applications in many fields,such as fiber sensors,biomedical research and nonlinear pared with other lasers,fiber lasers have some advantages like anti-electromagnetic interference,small size and simple structure.Recently,saturable absorber and Nonlinear Polarization Rotation(NPR)effect are two effect schemes to generate mode-locked pulses.However,both schemes can only control the polarization state in the cavity.In this paper,we studied on the properties of saturable absorber and NPR effect mode-locked fiber laser.Meanwhile,after discussed the disadvantages about them,an improved NPR structure had been design.It can increase the controllable variables in the cavity.Also,the output characteristics of the mode-locked fiber laser had been extended.For the diversification of mode-locking methods and two-dimensional materials, we respectively experimented on Bismuth Selenide,Molybdenum Disulfide and Black Phosphorus by three different production schemes.The saturated absorption characteristics of them have been understood well.Due to the limitations of fabrication process,the Molybdenum Disulfide taper fiber and the Black Phosphorus film produced by mechanical delamination were difficult to get the mode-locked pulse output. Fortunately,we achieved the picosecond mode-locked soliton output by using the Bismuth Selenide film.It helps us understand the saturation absorption effect deeply. However,the mode-locked device made by this method has only one controlled variable in the cavity and the life expectancy arelower,reducing the laser performance.For the disadvantage of Saturable Absorber,we propose a new mode-locked fiber laser with improved NPR structure.A Variable Optical Attenuator was used to increase the dimension of the controllable variable in the cavity.Through repeatedly increasing and decreasing the cavity loss,the mode-locked pulse of picosecond order can be generated.Moreover,the mode-locked pulse output of the bound soliton can be achieved when increasing the pump power.The order of the highest bound states reaches21,which greatly enriches the output characteristics of mode-locked pulses.The use of such an improved NPR structure can increase the performance of lasers.Also,the mode-locked pulses can be obtained more easily under the control of multiple controllable variables and the laser operating state are more stable.Thus,we further combine the improved NPR structure with high nonlinear fiber to realize high-performance dual-wavelength mode-locked fiber laser with adjustable repetition rate.The experiments show that the adjustable attenuator will not affect the performance of highly nonlinear optical fibers.By precisely adjusting the VOA in the cavity,a dual-wavelength bright-dark soliton pair with1-11orders tunable repetition -II-rate and a dual-wavelength mode-locked soliton with1-22orders adjustable repetition rate were obtained.Moreover,he dual-wavelength bright-dark soliton pair have two wavelengths with orthogonal polarization.Through carefully changing the polarization state of cavity,the bright and dark wavelengths can convert to each other.In other words,we get a tunable dual-wavelength pulse output.The research work in this dissertation provides an important idea to design a multi-purpose passive mode-locked fiber laser.It has been an important reference in the application of saturable absorber and NPR mode-locking technology. Keywords:two-dimensional materials,nonlinear polarization rotation,mode-locked fiber laser-III-。
前沿科技中科院科学家研究二维纳米材料锁模全光纤激光器获进展
前沿科技中科院科学家研究二维纳米材料锁模全光纤激光器获进展中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）光物理重点实验室L07组科学家团队一直致力于超快激光的研究，近年来针对小型化飞秒激光的发展，先后实现了多类晶体及光纤激光的可饱和吸收被动锁模。
通过使用脉冲激光沉积方法将锑化碲拓扑绝缘体材料均匀生长在拉锥光纤的表面所形成的可饱和吸收体，首次实现了光纤激光的混合锁模，得到了70 fs的输出脉冲结果。
通过使用具备超短电子弛豫时间的二硫化钨作为可饱和吸收材料，结合减小拉锥光纤的纤芯直径，得到了67 fs锁模脉冲输出，验证了该混合锁模光纤激光具有脉宽更短、定时抖动更低等优点。
此外针对暗孤子产生技术的限制，通过理论计算Ginzburg- Landau方程中光纤激光器的增益、损耗、色散和非线性等参数的关系，理论分析了暗孤子脉冲形成的动力学机制，获得了信噪比高达94 dB的结果，实验上实现了最宽光谱的暗孤子脉冲输出。
最近该研究组与北京邮电大学合作，将二硫化钨作为饱和吸收材料用于光纤激光锁模，进一步实现了脉宽246 fs的锁模脉冲激光输出，据知这是迄今为止过渡金属硫化物全光纤锁模激光器所产生的最短脉宽报道。
相关结果发表在新出版的一期Nanoscale(2017, 9: 5806)上，并被该杂志选为Highlights进展作为Inside front cover论文刊出（如图所示）。
该项研究获得了科技部“973”项目（2012CB821304）及国家自然科学基金项目（批准号11674036, 11078022 和 61378040）的支持。
相关论文：[1] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Wenlong Tian, Hao Chen, Ming Lei, Peiguang Yan and Zhiyi Wei, 70 fs mode-locked erbium doped fiber laser with topological insulator, Scientific Reports, 6 (2016) 19997.[2] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Mengli Liu, Ming Lei, Shaobo Fang, Hao Teng and Zhiyi Wei, Tungsten disulfide saturable absorbers for 67 fs mode-locked erbium-doped fiber lasers, Optics Express, 25 (2017) 2950-2959.[3] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Wenlong Tian, Hao Chen, Ming Lei, Peiguang Yan and Zhiyi Wei, Generation of dark solitons in erbium-doped fiber lasers based Sb2Te3 saturable absorbers, Optics Express, 23 (2015) 26023-26031.[4] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Zhongwei Shen, Ming Lei, Hao Teng and Zhiyi Wei, Dark solitons in WS2 erbium-doped fiber lasers, Photonics Research, 4 (2016) 111-114.[5] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Ke Bi, Ming Lei and Zhiyi Wei, Tungsten disulphide for ultrashort pulse generation in all-fiber lasers, Nanoscale, 9 (2017) 5806-5811.图：Nanoscale(2017, 9: 5806)论文被选为该期Inside front cover论文刊出（来源：中国科学院）。
锁模光纤激光器关键技术研究的开题报告
锁模光纤激光器关键技术研究的开题报告开题报告：一、研究背景随着现代工业的不断发展，激光技术在工业领域中的应用越来越广泛。
光纤激光器以其高效率、高质量、高稳定性和长寿命等优点，成为工业加工领域中广泛应用的一种重要设备。
锁模光纤激光器是一种高亮度、窄带宽激光器，具有优异的光学性能，因此在激光加工、激光通信、生物医学等领域得到广泛应用。
本课题旨在研究锁模光纤激光器的关键技术，探究其性能提升方案。
二、研究内容1. 锁模光纤激光器基础理论研究：对锁模光纤激光器的工作原理、发射机制、特性参数等方面进行深入研究，为后续的实验研究提供理论基础。
2. 锁模光纤激光器关键技术研究：研究锁模光纤激光器中的关键技术，探究如何提高锁模稳定性、减小线宽等性能指标。
3. 锁模光纤激光器性能优化实验研究：基于前两个研究内容，结合实际情况，设计并开展实验研究，提高锁模光纤激光器的性能。
三、研究意义1. 在工业、科技领域中，锁模光纤激光器已经得到广泛应用，优化其性能指标，对于推动相关领域的技术发展和产业升级有着重要的意义。
2. 据现有资料和相关研究表明，目前关于锁模光纤激光器关键技术研究并不充分，该课题的开展将填补这一领域的空白，有利于该领域的发展。
四、研究方法本课题采取实验研究和理论研究相结合的方法，主要包括以下步骤：1. 建立锁模光纤激光器的数学模型，分析锁模激光场的特性。
2. 设计并开展锁模光纤激光器性能实验研究，优化锁模稳定性、线宽等性能指标。
3. 分析实验数据，进一步验证理论模型，并根据实验数据和理论模型进行对比分析和综合评价。
五、预期成果通过本课题研究，预期达到以下成果：1. 掌握锁模光纤激光器的基础理论和关键技术，深入理解锁模光纤激光器的工作原理和性能特点。
2. 优化锁模光纤激光器的性能指标，提高其稳定性和线宽，为工业、科技领域的应用提供更好的设备性能。
3. 发表相关研究论文，并在学术界有一定的影响。
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超长腔被动锁模光纤激光器的研究进展刘彤辉;贾东方;陈炯;杨敬文;王肇颖;杨天新【摘要】超长腔被动锁模光纤激光器具有很多优点,它不但可以实现低重复频率运转,而且在同样的平均功率下可以实现更高的脉冲能量.综述了近年来几种不同的超长腔被动锁模光纤激光器的锁模机理、各自的特点及研究进展,分析了目前存在的技术问题以及未来的研究方向.%Ultra-long cavity passively mode-locked fiber lasers have several advantages. It can not only operate at low repetition rate, but also have higher pulse energy under the same average power. The paper reviewed the mode-locking mechanisms, characteristics, and the latest research progress of different kinds of ultra-long cavity passively mode-locked fiber lasers. And the existing technical problems and future research directions are analyzed.【期刊名称】《光通信技术》【年(卷),期】2012(036)009【总页数】4页(P34-37)【关键词】光纤激光器;光纤光学;被动锁模;超长腔【作者】刘彤辉;贾东方;陈炯;杨敬文;王肇颖;杨天新【作者单位】天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TN2480 引言近年来，国内外针对被动锁模光纤激光器的研究热点主要集中在如何获得高能量、高重复频率、窄脉宽的激光脉冲输出[1～3]。
从最新的研究结果和商用产品看，利用缩短腔长或谐波被动锁模的方法实现数十兆赫兹、数百兆赫兹乃至吉赫兹的高重复频率脉冲输出已经没有什么问题。
但是，在许多应用如飞秒激光加工和眼外科手术中，为避免一些副作用，要求输出脉冲的重复频率被限制在几千赫兹。
然而，商用被动锁模光纤激光器的重复频率多在数十兆赫兹甚至更高，因此通常需要采用“脉冲选择器”来降低脉冲的重复频率，但这种光脉冲不但能量低，而且通过选择器后又损害信噪比，结构复杂。
超长腔被动锁模光纤激光器可以很好地解决这一难题，它不但可以实现低重复频率运转，而且在同样的平均功率下可以实现更高的脉冲能量。
本文将综述近年来超长腔被动锁模光纤激光器，旨在为业内人士提供该领域最新的研究动态和未来的发展方向。
1 超长腔光纤激光器的锁模机理及研究进展目前，超长腔被动锁模光纤激光器主要是在基于非线性偏振旋转（NPR）、半导体可饱和吸收镜（SESAM）和“8”字形的非线性光学环形镜（NOLM）的被动锁模光纤激光器的基础上，通过加入一段普通单模光纤（SMF）或高非线性光纤（HNLF）来实现的，主要以前两种为主。
另外，根据增益介质的不同，又可分为超长腔锁模掺镱光纤激光器和超长腔锁模掺铒光纤激光器，其中前者研究的更多些。
1.1 基于NPR的超长腔锁模光纤激光器基于非线性偏振旋转的超长腔被动锁模光纤激光器如图1所示，其工作原理可以简单描述如下：经过偏振相关隔离器（P/I）的线偏光经过第一个偏振控制器（图1中的PC1）后变成椭圆偏振光，这个椭圆偏振光可以被认为是强度不等的左旋与右旋圆偏振光的合成。
当这两个旋转方向不同的圆偏振光经过掺铒光纤得到增益放大时，通过腔内光纤的非线性效应（Kerr效应）产生不同的非线性相移，由于非线性相移与强度有关，因而沿脉冲不同位置处的偏振态不同。
最后两圆偏光在偏振控制器（图1中的PC2）处产生相干叠加效应，也就是加成脉冲锁模（APM）效应，使得腔内产生自幅度调制可饱和吸收体效应。
第二个光纤偏振控制器主要用于调整经历不同非线性相移的光脉冲的主偏振方向，使之与偏振器方向一致，从而在偏振器上产生更强的APM效应，更有效地使光脉冲的前后沿越来越弱，而光脉冲峰值越来越强，最后形成稳定的超短光脉冲。
在这个结构中，一个关键性的器件就是偏振相关隔离器，其作用除了作为偏振器产生线偏光之外，还是一个隔离器。
图1 基于NPR的超长腔被动锁模光纤激光器基于NPR的被动锁模光纤激光器具有结构简单、抽运阈值低、工作稳定、输出脉宽窄等特点，可以有效产生皮秒乃至飞秒的超短脉冲，目前已成为光纤激光器产生超短脉冲的主要方法。
在2007年的OFC会议上，K.H.Fong等人[4]报道了基于NPR的重复频率为1.7MHz、单脉冲能量为1nJ、脉宽为200fs的锁模掺铒光纤激光器，这是首次将同类激光器的重复频率降至1MHz左右。
2008年，S. Kobstev等人[5]通过在普通的基于NPR的锁模掺镱光纤激光器的腔内加入了2.6km长的全波光纤，使总腔长增至3.8km，获得了重复频率仅为77kHz的锁模脉冲，直接输出脉冲能量3.9μJ，这也是迄今不采用调Q、腔倒空技术和光放大器直接从锁模光纤激光器器中得到的最大脉冲能量。
但该实验采用的增益介质是掺镱光纤，而且输出脉冲很宽（3ns）；另外，由于腔内加有微透镜，破坏了全光纤结构。
2010年，赵慧等人[6]报道了一种长腔掺镱锁模光纤激光器，除用以实现自启动锁模的非线性偏振旋转元件外，激光器为全单模光纤结构，且腔内无色散补偿元件，工作在全正色散域，仅仅通过引入窄带滤波器参与脉冲整形过程输出耗散孤子。
实验中通过延长单模光纤长度实现了两个长腔条件，分别得到了6.66MHz重复频率、12nJ单脉冲能量和5.05MHz重复频率、20nJ单脉冲能量的稳定锁模脉冲，噪声抑制比均为75dB。
与以往的全正色散锁模光纤激光器相比，该激光器的重复频率低，单脉冲能量高，稳定性好，适用于构建简化的光纤啁啾脉冲放大（CPA）系统。
2011年，作者所在的课题组[7]通过在腔内加入色散系数较小的高非线性光纤来延长腔长，获得了重复频率为444kHz、单脉冲能量为11.62nJ的近变换极限超短脉冲，与常规的利用SMF延长腔长的方法不同，我们利用色散较小的高非线性光纤（HNLF）来延长腔长，由于腔内的总色散较小，输出脉冲的啁啾很小，接近变换极限脉冲。
1.2 基于SESAM的超长腔锁模光纤激光器自从1993年由U.Keller等人[8]首次研制成功SESAM以来，它在高速锁模激光器中获得了蓬勃的发展和广泛的应用[9,10]，是近年来线形腔超短脉冲光纤激光器锁模的常用手段。
它与前面两种相比，最大优点是容易实现激光脉冲的自启动，而且重复频率稳定，不足之处就是破坏了激光器的全光纤结构。
基于SESAM的被动锁模光纤激光器的锁模机制是，当光脉冲通过可饱和吸收体时，脉冲中心部分的强度较大，足以使可饱和吸收体达到饱和，透过率较大；而脉冲边沿部分强度不足以使其饱和，边沿的强度损耗大于中央，从而使光脉冲在通过吸收体的过程中被窄化。
基于SESAM的超长腔被动锁模光纤激光器如图1所示。
图2 基于SESAM的超长腔被动锁模光纤激光器2006年，Polynkin A.等人[11]使用半导体可饱和吸收体作被动锁模元件，获得平均功率达755mW的脉冲序列。
2008年，美国的Andy Chong等人[12]报道了一种掺镱光纤激光器，激光腔中采用了保偏光纤，半导体可饱和吸收体做反射镜，获得被动锁模飞秒脉冲，单脉冲能量达2nJ，脉宽300fs。
2009年，Rasmus K.等人[13]使用半导体可饱和吸收体腔镜，用FBG选择波长，搭建了全保偏锁模飞秒掺镱光纤激光器系统，获得了1028nm的输出波长、13nJ的脉冲能量、34MHz重复频率的锁模脉冲，输出脉冲经压缩脉宽可达140fs。
同年，M.Zhang 等人[14]报道了一种被动锁模掺镱光纤激光器，其线形腔长为1.6km，半导体可饱和吸收体做反射镜，获得被动锁模飞秒脉冲，重复频率为191kHz，单脉冲能量达75.2nJ。
该激光器工作在全正色散区、低敏感度，可以自启动。
后来，他们[15]用4km长的SMF进一步延长激光器腔长，获得了25.4kHz的超低重复频率。
该超长腔激光器的锁模工作非常稳定，而且是自启动的。
输出脉冲谱宽3.2nm。
由于高色散，输出脉冲是高度啁啾的，因此，利用外腔消啁啾可以获得更窄的脉冲。
新加坡南洋理工大学[16]提出了一种全光纤、全正色散、超长环形腔被动锁模掺镱光纤激光器。
该激光器无需任何分立的色散元件或常规的频谱滤波器件，成功实现了稳定的锁模，重复频率397kHz，脉宽910ps，脉冲能量4.3nJ，平均功率1.7mW。
与飞秒锁模激光器相比，该激光器的频谱要窄得多，对激光雷达系统等非常有吸引力，而传统激光雷达系统采用的是Q开关激光器。
该激光器具有全光纤结构，自启动，短脉冲宽度的优点。
另外，近几年还有许多采用半导体可饱和吸收体与光子晶体光纤相结合研究被动锁模，以及使用碳纳米管作为可饱和吸收体研究被动锁模的报道。
2009年，E.J.R.Kelleher等人[17]使用碳纳米管作为可饱和吸收体进行被动锁模，在腔长为1.2km时，获得了重复频率为177kHz，单脉冲能量为0.18nJ，脉宽为1.7ns的锁模脉冲。
1.3 基于NOLM的超长腔锁模光纤激光器NOLM具有与光强度有关的透射特性，可以像可饱和吸收体一样窄化脉冲，如图3所示。
其工作原理为：将一个光纤耦合器的两个输出端相连，构成一个Sagnac 光纤干涉环。
当一束光从光纤耦合器的一个输入端入射时，将在Sagnac光纤环中形成两束相向传输的光，如果这两束光具有不同的光强，由于光纤的非线性Kerr 效应，相向传输的两束光将获得不同的非线性相移，形成非线性相移差。
当入射光较弱时，非线性相移差很小，入射光将从入射端反射回去；如果入射光很强，以致非线性相移差达到π，入射光将从耦合器的另一个端口全部透射。
使用NOLM进行被动锁模的光纤激光器，通常因为腔的形状被称为“8”字形激光器。
其锁模的物理机制称为干涉或加成脉冲锁模。
基于“8”字形的非线性NOLM的被动锁模光纤激光器工作稳定，背景噪声低，而且可在很宽的波长范围内进行调谐。