基于PCF实现稳定输出的主动锁模光纤激光器
主动锁模激光器的稳定性分析
中图 分类 号 ： Ｎ ４ Ｔ ２８
文 献标 识 码 ： Ａ
文章 编号 ： ６ ３ ９ （ ０ ） １ｃ一 ｏ ４ ０ １ — １ ２ ｌ ０ （） ０ ９ — ２ ７ ７ ２ ０
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ａ ｔ ｖ ｌ ｍｏ ｅ ｌ ｃ ｄ ｉ ｅ ｌ ｓ ｒ ｈａ ｅ ｅ ｎ ｓ ｄ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｐ ｉ ａ ｔ ａ ｓ ｔｅ ａ ｄ ｐ ｉ ａ ｃ ｏ ｋ ｏ ｒ ｅ ｎ ｈ ｆ ｔ ｒ ｓｒｃ ： ｅ ｃｉ ｅｙ ｄ － ｏ ｋｅ ｆｂ ｒ ａ ｅ ｓ ｖ ｂ ｅ ｕ ｅ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｏ ｔ ｃ ｌ ｒ ｎ ｍｉｔ ｒ ｎ ｏ ｔ ｃ ｌ ｌ ｃ ｓ ｕ ｃ ｉ ｔ ｅ ｕ ｕ ｅ
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动 力 与 电 气工 程
主动 锁 模 激 光 器 的稳 定性 分析 ①
张静 方致 霞 （ 安徽 邮电职业技 术学院 安徽合 肥 ２ ０ ３ ） ３ ０ １ 摘 要： 主动 锁模光 纤激 光器是 未来远程超 高速 光纤通 信 系统 的理想光 发射 源和 光时钟 源。 动锁模光 纤激 光 器的腔长较 长， 主 当外界环 境 条 件 发 生 变化 时 ， 长 容 易 受 到 机 械 震 动 及 温 度 变 化 的 影 响 而 发 生 漂 移 。 文 主 要 从 长期 不 稳 定 性 和 短 期 不 稳 定 性 两方 面分 析 了主 动 腔 本 锁模光 纤激光 器的稳 定性 问题 。 绍 了弛豫振 荡 ． 模噪 声的解 决方案 。 介 超 同时 阐述 了再生锁模技 术控 制腔长 的方案 ， 对主 动锁模激 光器
抑制相位噪声实现主动锁模光纤激光器稳定工作
3国家科委863高科技项目及国家自然科学基金资助课题。
收稿日期:1997207202;收到修改稿日期:1997209208第18卷 第7期光 学 学 报V o l .18,N o .7 1998年7月A CTA O PT I CA S I N I CA Ju ly ,1998抑制相位噪声实现主动锁模光纤激光器稳定工作3刘 军 李玉华 娄采云 高以智(清华大学电子工程系,北京100084)摘 要 腔长漂移是引起主动锁模光纤激光器不稳定的一个主要原因。
通过理论分析得出了主动锁模光纤激光器输出脉冲相位噪声和腔长漂移的关系,并采用抑制相位噪声的方法实现了主动锁模光纤激光器长达8小时的稳定工作。
关键词 光纤激光器, 主动锁模, 掺饵光纤放大器。
在光时分复用(O TDM )光通信系统中,超短光脉冲源是一个非常重要的器件。
在发射端,超短光脉冲源用作发射光源;而在接收端,则由超短光脉冲源产生光时钟脉冲用于解复用。
主动锁模光纤激光器由于具有输出脉冲啁啾小、波长可调谐范围大、重复频率高等优点,因而被认为是一种很有前途的超短光脉冲源,在一些光时分复用通信实验系统中已经得到了应用[1,2]。
影响主动锁模光纤激光器应用的一个主要问题是稳定性。
主动锁模光纤激光器稳定工作的前提条件之一是调制信号频率应为腔内纵模间隔的整数倍。
在失谐不严重时,输出脉冲中产生相位噪声;失谐严重时,则会引起锁模失效,表现为输出光脉冲崩溃。
由于主动锁模光纤激光器腔内有较长的光纤,而光纤的长度极易因外界环境的影响而发生漂移,因而调制频率和腔长很难保持匹配。
所以必须采取特殊的措施来稳定主动锁模光纤激光器的腔长,从而保证主动锁模光纤激光器长时间的稳定工作[3,4]。
作者采取抑制主动锁模光纤激光器输出脉冲序列中的相位噪声的方法,实现了2.5GH z 主动锁模光纤激光器超过8小时的稳定工作。
1 工作原理主动锁模光纤激光器的典型结构如图1所示。
在不考虑腔内光纤中的非线性及色散作用的时候,腔内主要存在调制和滤波两种效应。
PCF材料在光纤通信中的应用研究
PCF材料在光纤通信中的应用研究随着当今信息化时代的到来，光纤通信已经成为现代人日常生活中不可缺少的一部分。
在光纤通信技术中，光导纤维是其中的重要组成部分，而PCF材料是其非常重要的组成部分之一。
PCF材料是一种特殊的光纤材料，具有很多优秀的性能，如低损耗、大模场直径、高光纤品质因素、与纯硅玻璃材料相似的光学性质等。
那么，PCF材料在光纤通信中的应用研究有哪些进展和应用前景呢？本文将从以下几个方面进行探讨。
一、PCF材料的性能特点PCF材料是一种新型光纤，与传统的光纤相比具有非常优良的性能。
其主要特点包括以下几个方面：1. 低损耗：PCF材料的损耗非常低，在光信号传输过程中几乎完全不会发生光损失，因此可以保证信号的传输质量。
2. 大模场直径：PCF材料具有比传统光纤更大的模场直径，因此可以更好地适应不同种类和功率的光源，同时提高了信号的捕捉效率。
3. 高光纤品质因素：PCF材料的光纤品质因素非常高，可以最大限度地减少信号的失真和抖动。
4. 光学性质类似于纯硅玻璃材料：与纯硅玻璃材料相比，PCF材料具有类似的光学特性，这使得它与传统的光纤具有更好的兼容性。
二、PCF材料在光纤通信中的应用随着人们对光纤通信使用需求的不断增长，PCF材料在光纤通信中已经被广泛应用，其具体应用如下：1. 激光光纤：PCF材料可以用于制造激光器光导纤维，这种光导纤维可以用于激光切割、高功率激光器、激光通信等领域。
2. 光纤传感：PCF材料可以用于制造光纤传感器，这种光纤传感器可以用于监测温度、压力、液位、静电场等物理参数，并将这些物理参数转换为光信号输出。
3. 光通信：PCF材料可以用于制造光通信光导纤维，这种光导纤维可以用于传输光信号，实现高速、高质量、低损耗的光通信。
4. 光源：PCF材料可以用于制造光源材料，这种光源材料可以用于制造高亮度的白光LED、激光器、宽带光源等。
三、PCF材料应用前景分析总体来说，PCF材料在光纤通信中的应用前景非常广阔。
光子晶体光纤简介及原理
光子晶体光纤简介及原理中文摘要: 光子晶体光纤又被称为微结构光纤，近年来引起广泛关注，它的横截面上有较复杂的折射率分布，通常含有不同排列形式的气孔，这些气孔的尺度与光波波长大致在同一量级且贯穿器件的整个长度，光波可以被限制在光纤芯区传播。
光子晶体光纤有很多奇特的性质。
例如，可以在很宽的带宽范围内只支持一个模式传输；包层区气孔的排列方式能够极大地影响模式性质；排列不对称的气孔也可以产生很大的双折射效应，这为我们设计高性能的偏振器件提供了可能。
中文关键字：光子晶体光纤PCF导光机理PCF的特性英文摘要: In 1991, the emerging field of photonic crystals led to the development of photonic-crystal fiber which guides light by means of diffraction from a periodic structure, rather than total internal reflection. The first photonic crystal fibers became commercially available in 2000.[8] Photonic crystal fibers can be designed to carry higher power than conventional fiber, and their wavelength dependent properties can be manipulated to improve their performance in certain applications.英文关键字: photonic-crystal fiber光子晶体（PC）是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学微结构材料，其概念是1987年分别由S. Jo n和E. Yablonovitch提出来的，就是将不同介电常数的介质材料在一维、二维或者三维空间组成具有光波长量级的折射率周期性变化的结构材料。
《2024年基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的研究》范文
《基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的研究》篇一一、引言随着光纤技术的不断发展，光纤激光器因其高效率、高稳定性及良好的光束质量而得到广泛关注。
环形腔光纤激光器是其中一种重要结构，它以高反射率的元件（如光栅和光纤法珀（F-P）等）构成的闭合光学回路作为关键元件，利用谐振和干涉效应实现激光输出。
本文将重点研究基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器，探讨其工作原理、性能特点及潜在应用。
二、光纤光栅F-P环形腔光纤激光器的工作原理光纤光栅F-P环形腔光纤激光器由光泵源、光纤环行腔和输出镜等组成。
其核心原理为，泵浦源为环形腔提供足够能量以形成光放大。
其中，F-P作为关键的反馈器件，实现光的往返循环及相长干涉，达到稳定激光输出的目的。
同时，光纤光栅通过特定的光栅反射谱实现模式选择，优化输出激光的光束质量。
三、基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的性能特点基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器具有以下特点：1. 高效率：通过光栅模式选择和F-P反馈机制，提高激光器效率，实现低阈值高功率输出。
2. 高稳定性：环形腔结构具有良好的稳定性，能够在各种环境下保持激光输出稳定。
3. 良好的光束质量：通过光栅和F-P的精确调整，可实现高质量的光束输出。
4. 调谐范围广：通过改变光栅的反射谱或调整F-P的间距，可实现宽范围的波长调谐。
四、实验研究及结果分析本文通过实验研究了基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的性能。
实验中，我们采用不同参数的光纤光栅和F-P进行组合，观察其输出激光的特性。
实验结果表明，通过优化光栅和F-P的参数，可获得高效、稳定、高质量的激光输出。
此外，我们还发现通过改变激光器的环境条件（如温度），可以实现对输出波长的调谐。
五、潜在应用基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器在多个领域具有广泛的应用前景：1. 通信领域：用于高速、大容量的光通信系统，如DWDM 系统。
2. 医疗领域：用于激光手术、生物医学成像等领域。
《2024年度基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的研究》范文
《基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的研究》篇一一、引言随着光纤技术的不断发展，光纤激光器因其高效率、高稳定性及良好的光束质量等优点，在通信、传感、医疗、军事等领域得到了广泛的应用。
其中，环形腔光纤激光器（Ring-Cavity Fiber Laser，RCFL）由于其独特的光路设计和较高的光学质量，已经成为激光器研究领域的热点之一。
在众多RCFL的设计中，结合光纤光栅F-P（Fabry-Perot）技术的环形腔光纤激光器因其高稳定性、高效率及良好的调谐性能，受到了广泛的关注。
本文将针对基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器（F-P RCFL）展开研究。
二、F-P环形腔光纤激光器的工作原理与结构F-P环形腔光纤激光器主要由环形腔、光纤光栅F-P滤波器、泵浦源等部分组成。
其中，环形腔是激光器的核心部分，它由光纤构成闭环结构，形成光学反馈路径。
光纤光栅F-P滤波器则作为调谐元件，可以有效地调节激光器的输出波长和线宽。
泵浦源为激光器提供能量，驱动激光器工作。
当泵浦源发出的光进入环形腔后，经过多次反射和吸收后，在腔内形成激光振荡。
此时，光纤光栅F-P滤波器通过反射和透射特定波长的光，对激光的波长和线宽进行调节。
当激光的波长与滤波器的反射峰相匹配时，激光器输出稳定的激光。
三、基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的特性分析1. 高稳定性：光纤光栅F-P滤波器的引入，使得F-P RCFL 具有了更高的稳定性。
在外部环境变化或泵浦源功率波动的情况下，F-P RCFL仍能保持稳定的输出。
2. 高效率：环形腔的设计使得光在腔内多次反射和吸收，提高了光的利用率，从而提高了激光器的效率。
3. 良好的调谐性能：通过调整光纤光栅F-P滤波器的参数，可以方便地实现激光波长和线宽的调节。
此外，还可以通过引入其他光学元件实现更复杂的调谐功能。
四、实验研究本部分将通过实验研究F-P RCFL的性能。
首先，我们将搭建实验装置，包括环形腔、光纤光栅F-P滤波器、泵浦源等部分。
锁模光纤激光器讲义
Байду номын сангаас
主动锁模光纤激光器
主动锁模光纤激光器的典型结构示意图
谐波锁模
主动锁模光纤激光器
输出脉冲的波形
输出脉冲的光谱
被动锁模技术（染料锁模）
利用非线性元件对光强的依赖性，来产生光脉冲的锁模方式。
E(t)的振幅极大值A(t)max=(2n+1)E0，这说明在振幅出现极值的时
刻各振荡纵模的振幅同时到达极大值。（峰值功率）Pm=N2P0 锁模后所得脉冲的宽度为Δt=[(2n+1) q]-1=1/，式中：q为
器件的纵模间隔； 为器件的振荡线宽。所以激光的带宽越宽，
则所获得的脉冲宽度越窄。（脉冲宽度）
若共有（2n+1）个纵模，则激光的电场强度可表示为:
总的光强为:
由于各纵模之间相位彼此相互独立并呈无规则变化，所以各纵 模之间相干项在时间平均下为零，平均输出光强是纵模之和，不会 出现相干加强或相干减弱时域脉冲波输出，而是呈现出存在幅度和 相位噪声的连续光输出。
锁模激光器输出特性
若使 ，即使相邻纵模间的位相差均保持为某一常 数a（通常称此为相位锁定或锁模），则第q个纵模可以表示为：
激光 输出镜 激光介质 染料盒 全反镜
1、线性放大：泵浦刚开始，工作物质对产生的诸多光脉冲进行线 性放大。 2、非线性吸收：染料被漂白，强脉冲被迅速放大，弱脉冲被吸收。 3、非线性放大：工作物质对留下的强脉冲进行非线性放大，使脉 宽被压缩。
被动锁模技术（染料锁模）
P t 线性 放大 P 非线性 吸收 t P t
锁 模 方 式
主动锁模 通过外界信号周期性调制激光器谐振腔参量
基于频率自反馈的自稳定型频域锁模激光器[发明专利]
![基于频率自反馈的自稳定型频域锁模激光器[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a9f18e82a98271fe900ef9e3.png)
专利名称：基于频率自反馈的自稳定型频域锁模激光器专利类型：发明专利
发明人：霍力,娄帆,娄采云
申请号：CN201611132330.1
申请日：20161209
公开号：CN106785860A
公开日：
20170531
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提出的一种基于频率自反馈的自稳定型频域锁模激光器，属于光电子仪器设备技术领域，包括一个由光放大器、第一光隔离器、第一输出耦合器、第二输出耦合器、可调谐光带通滤波器、延时光纤和第二光隔离器依次连接组成的光学环路；其特征在于，该频域锁模激光器还包括一个由光电探测器、电窄带带通滤波器和电放大器依次连接组成的频率自反馈光电振荡支路；其中，第一输出耦合器的输出端作为该频域锁模激光器的输出端，频率自反馈光电振荡支路的光电探测器输入端与光学环路的第二输出耦合器输出端连接，频率自反馈光电振荡支路的电放大器输出端与光学环路的可调谐光带通滤波器输入端连接；本发明具有稳定性高和成本低廉的优点。
申请人：清华大学
地址：100084 北京市海淀区清华园1号
国籍：CN
代理机构：北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：廖元秋
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主动锁模光纤激光器
收稿日期:2004211210作者简介:岳丛建(1962—),男,山西长治人,长治学院电子信息物理科学系教师,南开大学物理学院硕士研究生,主要从事光纤激光器方面的研究.山西师范大学学报(自然科学版)第19卷第2期Journal of Shanxi Teacher ′s UniversityVol .19 No .22005年6月Natural Science Editi onJune 2005文章编号:100924490(2005)022*******主动锁模光纤激光器岳丛建(长治学院电子信息物理科学系,山西长治046011)摘 要:概述了锁模光纤激光器的优势,介绍了主动锁模光纤激光器的典型结构和抑制噪声的方法.关键词:锁模光纤激光器;锁模技术;主动锁模中图分类号:T N253 文献标识码:A0 引言1990年代,随着光纤通信系统的发展,超短脉冲光纤激光器飞速发展.锁模光纤激光器具有许多明显的优势:首先,光纤激光器的腔结构比较灵活,可以是线形腔、环形腔、σ形腔,腔内可调参数多,所以能够很方便的利用主动锁模技术产生满足各种需要的高重复频率的超短脉冲;其次,光纤本身有很多特性,诸如自相位调制(SP M )、交叉相位调制(XP M )、群速度色散(G VD )、非线性偏振旋转(NPR )等等,合理地利用光纤的这些特性,不仅能方便地实现被动锁模,而且能有效地改善主动锁模脉冲的质量.目前再生锁模技术有效地解决了主动锁模光纤激光器的稳定性问题;利用有理数谐波锁模技术,输出脉冲的重复频率可以高达200GHz [1];而采取色散渐减掺铒光纤放大器进行绝热孤子压缩,则可以使脉宽小于200fs [2].1 主动锁模光纤激光器主动锁模方法又可以分为两类:振幅或相位损耗调制和同步锁模.前者,指在激光腔内插入主动的调制器件,利用这些主动因素对激光腔内光波进行调制来实现锁模;后者泵浦源为序列光脉冲,激光器和泵浦源腔长匹配,激光腔内振荡线宽远大于泵浦激光器腔内振荡线宽,利用周期性调制激光增益实现同步锁模.图1 主动锁模光纤激光器的典型结构Fig .1 The active mode 2l ocked fiber laser1.1 典型的主动锁模光纤激光器典型的主动锁模光纤激光器的结构如图1所示[3].特别是在使用低色散光纤,比如中心波长在1.55μm 的掺Er 光纤,可以利用环形腔产生超短脉冲.一般光纤长度不超过10m ,处理起来也比较方便.为避免偏振态变化,环形腔可以采用偏振保持光纤.隔离器可以避免反向传输的波以及不同偏振态之间的模式竞争.图1中用掺铒光纤提供腔内增益.腔内主动的锁模器件是一个高速L i N b O 3调制器,它对光波的调制方式有两种:一种是振幅调制(损耗调制);另一种是相位调制.调制器在正弦电压信号驱动下产生周期性的损耗或周期性的相位变化,这种周期性的变化与腔内循环的脉冲相互作用导致了锁模脉冲序列的产生.由于L i N b O 3调制器是偏振敏感元件,所以常在调制器前安置一个偏振控制器来调节入射到调制器的光场偏振态.光隔离器被用来确保主动锁模掺铒光纤环形腔激光器处于单向运转,它也可消除某些光学元件上产生的反射波带给调制器的不利影响.为了避免超模噪声,可在腔内插入延迟线.1.2 主动锁模技术的优化速率谐波锁模技术,波长可调谐锁模光纤激光器和多波长锁模光纤激光器,锁模光纤激光器的稳定技术,输出脉冲的窄化以及超连续谱光纤激光器几个方面.主动锁模光纤激光器要想走向实用化,稳定性问题是必须要解决的.目前看来,主动锁模光纤激光器的不稳定因素主要来源于以下三个方面:外界环境扰动引起的腔长变化;激光在谐振腔内偏振态的起伏;与谐波锁模技术相伴的超模噪声的影响.为了尽量减小不稳定因素,人们研究了相应的改进方法.最常用的控制腔长变化的方法是采取再生锁模技术[4].利用在光纤环路中运行的光脉冲包含有激光谐振腔纵模的各种谐波分量,从输出脉冲中提取光信号并经过光电转换将其变为电信号,再由高频电子滤波器提取所需的谐波分量,经过微波放大器放大后,作为调制器的驱动信号重新反馈给调制器,这样就保证了调制频率与腔内纵模谐波分量之间的控制与相互匹配;进而人们又在此基础上发展出了利用压电陶瓷(PZT )来改变光纤腔长的锁相环(P LL )技术.利用这一技术,可以使激光器输出光脉冲的重复频率始终保持不变[5].超模噪声是影响主动锁模光纤激光器稳定性的一个重要因素,是谐波锁模技术所固有的一种相位噪声.谐波锁模的级次越高,腔内可能存在的超模数就会越多.超模彼此竞争,使得输出锁模光脉冲的振幅随时间波动.1993年,Shan 等人[6]提出用PZT 鼓技术来消除超模噪声,其原理是将光纤绕在PZT 上,然后给PZT 施加一个低频驱动信号,这样PZT 鼓产生的声场就破坏了掺铒光纤的空间烧孔效应,从而使一组超模能够抑制掉其他的超模.同年,AT&T 的Harvey 等人[7]又使用了在谐振腔内插入窄带F -P 滤波器的方法,使滤波器的自由光谱区恰好等于调制频率,这样,只有频率与滤波器相匹配的超模才能振荡.N.Onodera [8]提出了一种用复合腔抑制超模噪声的理论,该激光器的谐振腔是由长短不同的两个子腔构成的一种复合腔结构,复合腔的腔频是两个子腔腔频的公倍数,这样就使得在相同调制频率下,复合腔的谐波次数远小于单一子腔的谐波次数,从而有效地减少了谐波锁模光纤激光器中的超模数.参考文献:[1]Yoshida E,et al .,80—200GHz erbium doped using a rati onalhar monic mode 2l ocked technique [J ].Electr on .Lett .,1996,32(15):1370～1372.[2]Yama mot o T,et al .single channel 640Gbit/s OT DM trans m issi onover 100km [J ].ECOC ′99,38～39.[3]Harey G T,Mollenauer L F .Har monically mode 2l ocked fiber ringlaser with an internal Fabry 2Per ot stabilizer for s olit on trans m issi on [J ].Op t .Lett .,1993,18(2):107～109.[4]Nakaza wa,et al .U ltra 2stable har monically and regenerative mode 2l ocked polarizati on maintaining erbium fiber ring laser[J ].Elec 2tr on .Lett .,1994,30(19):1603～1605.[5]Nakaza wa,et al .I deal phase 2l ocked 2l oop (P LL )operati on of a10GHz erbium doped fiber laser using regenerative mode 2l ocked as an op tical voltage contr olled oscillat or[J ].Electr on .Lett .,1997,33(15):1318-1320.[6]Shan X,et al .Novel method t o supp ress noise in har monicallymode 2l ocked erbium fiber lasers [J ].Elctr on .Lett .1993,29(11):979.[7]Harvey G T,et al .Har monically mode 2l ocked fiber ring laser withan internal Fabry 2Per ot stabilizer f or s olit on trans m issi on[J ].Op t .Lett .1993,18(2):107.[8]Onde m N,et al .Repetiti on 2rate multi p licati on in actively mode 2l ocked fiber lasers[J ].CLE O,1998,320.The Acti ve M ode 2locked F i ber La serY UE Cong 2ji a n(D epart m en t of E lectronic Infor m ation Science &andPhysics of Changzhi U niversity,Changzhi,Shanxi 046011,China ) Abstract:The advantage of the mode -l ocked fiber laser were summarized,the typ ical sche me of and the method t o supp ress noise were intr oduced in this paper . Key words:Mode 2l ocked fiber ring laser;Mode 2l ocked technique;Active mode 2l ocked・211・山西师范大学学报(自然科学版) 2005年 。
主动锁模光纤激光器的锁相稳定方法
428 半导体技术第 34 卷第 5 期
2009 年 5 月
董姝敏 等: 主动锁模光纤激光器的 锁相稳定方法
控制电流, 只要改变 I B1和 I B2就可改变 gm1和 gm2, 可得环路的闭环传递函数为
H ( s)=
2FXn s + X2n s2+ 2FXn s+ X2n
( 2)
212 动态性能分析
跨导低通 滤波器由跨导 放大器 g m1、 gm2, 电
容 C、电阻 R 和集成运算放大器 A 等组成混合型结 构。跨导低通滤波器的传递函数为
g( s)=
gm1 Cs+ gm1gm2 gm2 Cs
( 1)
式 中, gm1 = k 1I B1, g m2 = k2I B2, 其 中 k1、 k 2、
I B1、I B2分别为跨导低通滤波器的内部参数和外部
Key words: act ive mode- locked fiber laser; transformable bandwidth phase- locked loop; tranconductance filter; stability; phase- locked technology
EEACC: 4320F; 4320J
3. Physics Department of College, of Sciences , Beihua University , Jilin 132013, China; 4. School of Physics , Northeast N ormal University , Changchun 130024, China)
Dong Shumin1,2 , Li Yao3 , Qiao Shuang4
基于锁模脉冲泵浦的全光纤化超连续谱光源
基于锁模脉冲泵浦的全光纤化超连续谱光源王雄飞;李尧;朱辰;张昆;张利明;张浩斌;郝金坪;张大勇;赵鸿【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2016(046)009【摘要】采用基于半导体可饱和吸收镜（SESAM）的被动锁模方案，通过三级主振荡功率放大（MOPA）结构，构建了平均输出功率39.2 W 的全光纤皮秒脉冲光纤激光器。
输出激光脉冲宽度10.7 ps，重复频率68 MHz。
利用该皮秒光纤激光器泵浦一段4.5 m 长的国产光子晶体光纤（PCF），实现了平均功率20.1 W 的全光纤化结构超连续谱（SC）光纤激光输出。
光谱宽度超出所用光谱仪600～1700 nm 的观测范围，在观测范围内具有10 dB 的光谱平坦度。
%All fiber picosecond ytterbium doped fiber laser with average output power of 39.2 W is constructed with a passively mode -locked seed laser based on semiconductor saturable absorber mirror and triple -stage master oscilla-tor power amplifier (MOPA)configuration.When pumped power is 65.1 W,pulse width of output laser is 10.7 ps and repetition frequency is 68 MHz.This picoseconds fiber laser is used to pump a 4.5 m long photonic crystal fiber, and all -fiber supercontinuum laser source with average power 20.1 W is realized.The supercontinuum covers the whole spectral range from 600 to 1700 nm of the optical spectrum analyzer.The spectral flatness is 10 dB in the de-tected spectral range.【总页数】4页(P1076-1079)【作者】王雄飞;李尧;朱辰;张昆;张利明;张浩斌;郝金坪;张大勇;赵鸿【作者单位】固体激光技术重点实验室，北京100015;固体激光技术重点实验室，北京100015;固体激光技术重点实验室，北京100015;固体激光技术重点实验室，北京100015;固体激光技术重点实验室，北京100015;固体激光技术重点实验室，北京100015;固体激光技术重点实验室，北京100015;固体激光技术重点实验室，北京 100015;固体激光技术重点实验室，北京 100015【正文语种】中文【中图分类】TN248【相关文献】1.皮秒脉冲泵浦的高功率超连续谱光源 [J], 陈胜平;谌鸿伟;王建华;陈子伦;侯静;许晓军;陈金宝;刘泽金2.可调谐锁模光纤激光器泵浦的超连续谱光源 [J], 高静3.连续波泵浦的高功率全光纤化超连续谱光源 [J], 郭春雨;林怀钦;阮双琛;伍一鸣;欧阳德钦;杨锦辉;韦会峰;胡学娟4.基于类噪声脉冲抽运的平坦超连续谱光源 [J], 熊浩;王天枢;纪海莹;袁泉;马万卓;林鹏;孙梦茹5.基于八字腔锁模Yb光纤激光器的超连续谱激光源 [J], 钱凯;魏凯华;陈滔;姜培培;蔡双双;吴波;沈永行因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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基于PC F实现稳定输出的主动锁模光纤激光器**王芬,陈达如**,秦山,何赛灵(浙江大学光通信联合研究中心,现代光学仪器国家重点实验室光及电磁波研究中心,浙江杭州310058)摘要:提出了一种利用高非线性光子晶体光纤(PCF)来稳定主动锁模光纤激光器的方法,理论分析了激光器中PCF的非线性偏振旋转效应(NPR),阐明了激光器稳定的短脉冲输出机理,获得了重复率为5GHz、脉宽为44 ps的稳定短脉冲输出。
本文建议的激光器能用于如光码分多址(OCDMA)通信系统等诸多领域。
关键词:光子晶体光纤(PCF);非线性;主动锁模;光纤激光器;光码分多址(OCDMA)中图分类号:TN253文献标识码:A文章编号:1005-0086(2007)09-1052-03A ctively Mode-Lock ed S tab ilized Fib er LasersB ased on High ly Nonlinear PC FW ANG Fen,CH EN Da-ru**,QIN Shan,HE Sa-i ling(Center for Optical and Electromagnetic Research,State K ey L abo ratory of M odern Optical Instrumentation,Joint Research Center of Opti cal Communications of Zhejiang U niversity,Zhejiang Uni versi ty,Hangzhou310058,China)A bs tra ct:Actively mode-locked fiber lasers that are stabilized with a highly nonlinear photonic crystal fiber are proposed.T he nonli near polarization rotation effect of the photonic crystal fiber is theoretically analyzed,and the stabilization mechani sm of short pulse lasing is explained.Stable pulse output with a pulse wid th of about44p s and a repetition rate of5GHz is a-chi eved experi mentally.The proposed stable fiber laser can be used in an OCDMA system.Key words:photonic crystal fiber(PCF);nonlinear;actively mode-locked;fiber laser;OCDMA1引言稳定的高重复率的短脉冲光源在光通信、信息光电子和非线性光学等研究领域都有重要的应用价值[1~4]。
特别是光通信领域中,光码分多址(OCDMA)具有高速的光信号处理、软容量及安全可靠等特点,因而将成为高速、大容量光纤通信的最佳可选方案之一,而稳定的高重复率的短脉冲光源的研究则是OCDMA目前亟待解决的关键问题之一[5]。
目前,获得短脉冲的技术主要有锁模光纤激光器、半导体锁模激光器、连续分布反馈(DFB)半导体激光器和增益开关DFB激光器。
其中:后两种技术要直接获得较短脉冲比较困难,往往需要经过复杂的脉冲压缩;半导体激光器虽有容易获得超短脉冲的优点,但存在设备复杂、性能不稳定等缺点。
所以易产生高重复率、高质量脉冲且与全光通信系统兼容性佳的锁模光纤激光器被认为是未来高速光纤通信的首选理想信号源[6]。
Matsas等[7]首次提出非线性偏振旋转效应(NPR)在光纤激光器中的应用,提高了脉冲稳定性,而且系统具有结构简单易实现的优点。
Abedin 等[8]利用具有正色散和负色散的光纤构成环形腔,通过调节各段光纤的长度改变腔内的平均色散值,得到重复频率为220 MH z、脉宽为125fs的短脉冲输出。
在利用光纤非线性效应的实验中要用到较长的单模光纤或色散位移光纤来积累非线性的效果[9],但较长的光纤很容易受到外界环境变化产生的干扰,因此会导致整套系统的稳定性变差。
近来研究较多的高非线性光子晶体光纤(PCF)的非线性系数可达到普通色散位移光纤的10倍乃至更高,相应长度就可以短很多,因而在锁模光纤激光器中采用高非线性PCF有利于改善系统稳定性[10]。
本文首次提出并演示了基于高非线性PCF的主动锁模光纤激光器。
利用高非线性PCF的NPR恰好兼顾了结构简单和稳定性好两方面优点,成功获得了重复率为5GHz、脉宽为44ps的短脉冲。
该光纤激光器具有结构简单易实现、调整方便且光脉冲的稳定性好等优点,可以作为OCDMA通信系统的信号源。
2原理主动锁模光纤激光器主要是采取谐波锁模的方法。
在谐波锁模情况下,加在调制器上的射频(RF)和驱动信号频率f m 等于激光器谐振腔基频f c的整数倍,即有f m=mf c(m为整数)。
此时,主动锁模光纤激光器内的脉冲每次经过调制器时都获得最大的透过率,从而不断被压窄并形成锁模光脉冲。
谐波锁模情况下腔模并不是与其相邻的纵模锁定在一起,而是与其相邻N个腔模间隔的模锁定在一起,每组相互锁定的模式称为/超模0。
激光器中存在许多组超模,超模间的竞争及驰豫光电子#激光第18卷第9期2007年9月Journal of O p toelectronics#Laser Vo l.18No.9Sep.2007*收稿日期:2006-08-28修订日期:2007-03-03*基金项目:国家自然科学基金资助项目(60277018,60407011);浙江省人才基金资助项目(R10415)**E-m ail:daru@振荡会造成光脉冲抖动,称之为短期不稳定性[11]。
为解决短期不稳定性问题,实验采用了高非线性PCF,获得了稳定的脉冲输出。
图1是在光纤激光器中利用高非线性PCF的NPB获得稳定的短脉冲输出的原理示意图,由高非线性PCF、起偏器和偏振控制器(PC)等组成的非线性自稳幅装置结构(只考虑PCF的NPR),利用PCF的NPR作用,能使腔内运转的高幅度脉冲损耗大、低幅度脉冲损耗小,从而起到脉冲的稳定和均衡作用。
图1NPR的传输路径Fig.1The transm issio n path of NPR图1中,A1为输入信号电矢量方向与PCF快轴x方向的夹角,A2为起偏器和PCF快轴x方向的夹角,2个角度均能通过几个PC来分别进行调节。
所示结构的传输透射率为[12]T=cos2A1cos2A2+sin2A1sin2A2+12sin2A1sin2A2cos($5L+$5NL)(1)$5L=(n y-n x)B L(2)$5NL =-C PL3cos A2(3)其中:L是PCF的长度;n x、n y是相应2个方向的折射率;B= 2P/K;C是光纤的非线性系数;P是输入信号的瞬时功率。
从公式可以很清楚看出,传输透射率和脉冲瞬时功率间有一余弦关系。
而A1和A2的值不仅对这个余弦项的振幅和相位有影响,对周期也起很大的决定作用。
所以只要通过偏振控制器调节这两个角度到一合适值,这个结构便可等效为可饱和吸收体,经过它时高幅度脉冲损耗大、低幅度脉冲损耗小。
3实验装置建立的实验装置如图2所示。
掺铒光纤(EDF)的长度为4 m;泵浦光由最大输出功率为250mW的1480nm激光器提供; RF调制器使用Agile nt型号为E8257D的模拟信号发生器,频率可调范围为250kHz~20Ghz;观察光谱及脉冲序列分别采用Agilent公司的86142B光谱分析仪和D CA86100A眼图仪;耦合器的分束比为98B2;PC1、PC2、PC3、偏振分束器(PBS)、隔离器和耦合器等器件的尾纤均为单模光纤,总长约为17m;且PBS、PC和PCF共同构成原理中提到的非线性自稳幅装置。
PCF的长度为25?0.5m(根据总腔长可得激光器的纵模间隔频率约为5MH z),1550nm处的非线性系数约为11(W# km)-1,PCF的色散在1480~1620nm的宽光谱范围内比较平坦(<1.5ps/nm/km),图3为所用的PCF的色散曲线以及截面微结构图。
图2主动锁模光纤激光器的实验装置F ig.2Experim ental setup of the a ctivelymode-locked fiber laser图3PC F的(a)色散曲线和(b)截面微结构图F ig.3D ispersion slope(a)and m icroscopic pictureof the cros-s section(b)of the P CF4实验结果与讨论在实验中,对比了利用NPB前后的脉冲序列波形。
根据图2的实验装置,先去掉PC器件及PCF,确保激光器中没有NPR产生(忽略普通单模光纤引起的非线性效应);将外加调制信号频率设为5.056451GH z;调节1480nm LD泵浦功率到18dBm时将2%的输出结果分别送入光谱仪和眼图仪,获得无NPR时的脉冲序列,结果如图4示。
由于脉冲的不稳定性,各个时刻脉冲幅值不一致,使得合成的轮廓图顶部噪声明显,而顶部噪声越明显说明越不稳定;然后在装置中加入PC以及PCF(即如图2的实验装置),调节调制频率为5.000589GH z,调整LD泵浦功率到23dBm时获得有NPR的激光器输出脉冲序列和频谱如图5和图6示。
由图4中脉冲噪声明显的结#1053#第9期王芬等:基于PCF实现稳定输出的主动锁模光纤激光器果(脉冲轮廓顶部模糊)和图5中的脉冲几乎无明显噪声的结果(脉冲轮廓清晰)对比可以很清楚看到PCF 的NPR 所带来的脉冲稳定效果(脉宽为44ps)。
实验结果表明,必须很好地调节PC 才能获得稳定的脉冲输出,否则脉冲输出将类似于图4所示,甚至没有脉冲输出。
图4 无PC F 时的脉冲序列图Fig .4 W avefo rm of the pulses output from the actively m ode -locked fiber las er w ithout a PCF图5 有PC F 时的脉冲序列图Fig .5 W avefo rm of the pulses output from the a ctively m ode -lo cked fiber laser with a PCF图6 有PC F 时的输出频谱图Fig .6 O utput spectrum fro m the activ ely mo de -locked fiber laser with a PC F5 结 论基于NPR,首次提出并演示了结合高非线性PCF 的主动锁模光纤激光器,获得了稳定的重复率为5GHz 、脉宽为44ps 的短脉冲序列输出,并分析了激光器稳定输出的原理。