非线性光学读书笔记

非线性光学读书笔记

最近我阅读了一篇《非线性光纤环形镜掺铒光纤激光器的实验研究》的文章，该文章主要利用非线性环形镜NOLM而实现掺铒光纤激光器被动锁模的实验。接下来我将介绍我对这篇文章的掌握和了解情况。

首先在自由运转的激光器的辐射频谱中有很多个纵模模式，这些纵模都有着各自的振幅和相位。最后激光谐振腔总的光场也是这些纵模的叠加。当各个纵模模式是相互独立的振荡时，它们之间没有固定的相位差，那么输出的激光也就是各个模式按时间的统计平均值。如果想办法使各个纵模模式彼此相关关联，也就是各个纵模模式有固定的相位关系，那么激光器的输出将是各个纵模模式的相干叠加，从而能实现输出脉冲的缩短以及峰值功率的增加，这就是所谓的激光器的锁模技术。而锁模技术又可以大致分为两个主要的形式：主动锁模和被动锁模。主动锁模就是通过外加的调制信号作用于激光谐振腔中，使调制信号的调制频率等于谐振腔的纵模间隔的整数倍，从而实现各个纵模模式之间相位的锁定，具体可以通过声光调制、电光调制或者同步泵浦等技术来实现。而被动锁模是在激光谐振腔内安置非线性器件从而实现各个纵模模式的相位锁定，具体可以使用可饱和吸收体或等效的可饱和吸收体等方式来实现。在这篇文章中所采用的就是利用非线性环形镜而形成的等效可饱和吸收体而实现的锁模。

接下来我们看一下实验装置图，如图1所示。左边的环形腔是一个基本的NOLM，由光纤耦合器2（耦合比99:1）、普通石英光纤、偏振控制器PC1组成；右边的一个腔主要包括掺铒光纤放大器EDFA、偏振控制器PC2以及耦合器3（耦合比90:10）。由耦合器3耦合输出的激光经另一个EDFA的放大后经耦合器送入探测器与分光计。

图1

而非线性光纤环形镜实现锁模的具体原理是：入射光经耦合器1分成沿相反方向传输的光，由于耦合器2的引入，不同方向的光经过耦合器输出的光的强度不同，也就是使得正反传输的两束光的光强不同，虽然两束光在光纤中经历了相同的光程，但是由于光纤中自相位调制、交叉相位调制等非线性效应引起的非线性相移不同。两束光在传输一周后在耦合器1处相干输出，输出的光强由

给出，可见输出光强与两束光的非线性相移差有关，而对一光脉冲，脉冲中央的能量高、非线性相移大，脉冲两翼的能量

小、非线性相移小。而时输出最大，通过调整参数，使得脉冲中央的输出比例大而两翼的输出比例小，从而实现了等效的可饱和吸收体而实现了激光的锁模。

通过以上的分析，我们发现实现锁模的关键在于相反方向传输的两束光的光

强不同，从而在相反方向出传输的光引入不同的非线性相移。文中所采用的方法是耦合器1利用3dB的耦合器，而在腔内通过耦合器2改变相反方向传输的两束光的光强。通过阅读相关的其他文献，也可以去掉耦合器2，而采用分光比不等于50:50的耦合器1而实现相反方向传输光强的变化，这也是一种常用的结构。而类似于非线性光纤环形镜NOLM，非线性放大环形镜也能够实现类似的作用，如图2所示。入射光经3dB的耦合器分成两束强度相等的光束，由于光纤放大器在环中放置的不对称性而造成的沿逆时针方向传输的光的非线性相移小于顺时针方向传输的光，两束光在耦合器出相干输出，从而实现锁模。NALM与NOLM的主要区别就是在于NALM在环形腔中引入了光纤放大器。

图2

最后做一下小结，通过阅读这篇文章并查阅相关的文献。了解了非线性光纤环形镜NOLM与非线性放大环形镜NALM实现锁模的原理。文章中在最后也提到了可以通过色散补偿来实现更窄的脉冲输出，这也需要我在以后更进一步的学习。