非线性偏振旋转锁模 精选文档
光纤光梳温度反馈控制方法研究
文章编号：1005-5630(2021)01-0076-06DOI : 10.3969/j.issn.1005-5630.2021.01.012光纤光梳温度反馈控制方法研究程朝亮1，沈旭玲2，郝 强1（1．上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093；2．华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062）摘要：为了解决光学频率梳长时锁定困难的问题，对光学频率梳重复频率（f r ）与载波相位偏移频率（f 0）的控制方法进行了改进。
采用上、下两块半导体制冷片（TEC ）对振荡器局部环境进行温度控制，并微调TEC 温度将f r 与f 0漂移量分别稳定在10 Hz 和600 Hz 以内。
利用锁相电路反馈控制有效腔长和泵浦光功率对f r 与f 0进行了精密锁定。
光学频率梳在170 h 时间内连续锁定，f r 与f 0抖动标准偏差分别为0.83 MHz 和280 MHz 。
结果表明，该方法可以实现光学频率梳的长时锁定，增强其环境适应能力。
关键词：非线性偏振旋转；光纤激光器；载波包络偏移频率；光学频率梳；温度控制中图分类号：TN 249 文献标志码：AStudy on temperature feedback method ofoptical frequency combCHENG Chaoliang 1，SHEN Xuling 2，HAO Qiang1（1. School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai forScience and Technology, Shanghai 200093, China;2. State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai 200062, China ）Abstract: In order to solve the problem of long-time operation of a fiber-based frequency comb,the control method of locking the repetition rate (f r ) and carrier envelope phase offset frequency (f 0)of optical frequency comb is improved. Two thermo-electric coolers (TEC), an upper one and an lower one, are used to control the temperature of frequency comb. By adjusting the TEC temperature, the stability of f r and f 0 can be confined in the range of 10 and 600 Hz, respectively.Then, f r and f 0 were further stabilized by the feed-back control of the optical path and the pump power, respectively. Finally, in 170-hour operation, the standard deviations of f r and f 0 were measured as 0.83 and 280 mHz, respectively. The results show that the method can realize the long-term operation of the optical frequency comb and enhance its adaptability to the environment.Keywords: nonlinear polarization rotation ；fiber laser ；carrier envelope offset frequency ；optical frequency comb ；temperature control收稿日期 ：2020-05-15基金项目 ：国家重点研发计划（No.2018YFB0407100）作者简介 ：程朝亮 (1993—)，男，硕士研究生，研究方向为光学频率梳。
非线性偏振旋转锁模掺铥光纤激光器脉冲动力学研究
摘要近些年，光纤激光器的研究逐渐往长波长方向发展，其中掺铥光纤激光器能够输出波长在2 μm附近的激光，受到了广泛的关注。
掺铥光纤激光器中锁模技术是产生超短脉冲的重要条件，尽管被动锁模光纤激光器可以实现不同的锁模脉冲，但在丰富而复杂的非线性动力学驱动下，可以通过控制光纤谐振腔中的色散、非线性、光纤增益和元件损耗等参数来发掘一些特殊形状的脉冲或脉冲的其他特征。
本文以非线性偏振旋转(Nonlinear Polarization Rotation, NPR)锁模掺铥光纤激光器为实验平台，色散管理为基础，系统研究了不同色散被动锁模光纤激光器脉冲的动力学特性，主要的工作内容如下：1. 首先，搭建了负色散NPR锁模掺铥光纤激光器，获得一种重复频率为19.8 MHz，信噪比为56 dB，中心波长在1984.74 nm附近的特殊形状的类h型脉冲。
不同于传统孤子，该脉冲鲜有报道，单脉冲能量为6.7 nJ，打破了传统孤子面积理论的限制。
脉冲在形状上类似字母“h”，称为类h型脉冲。
进一步演化分析发现，类h型脉冲特征上与耗散孤子共振脉冲相似，随着泵浦功率的增加，脉冲会展宽，脉冲持续时间长、无波裂、能量高。
2. 然后，基于高数值孔径(Ultra-High Numerical Aperture, UHNA7)光纤为色散补偿光纤，搭建了在零色散和正色散NPR锁模掺铥光纤激光器。
当激光器工作在零色散附近的反常区域，实验获得了光谱宽度为24.3 nm，信噪比为43 dB，重复频率为6.88 MHz的类噪声锁模脉冲。
通过脉冲的演化分析，发现类噪声锁模脉冲可以发生分裂产生谐波锁模脉冲，说明类噪声脉冲并非可以无限增加能量，在一定条件下脉冲也会分裂。
当激光器工作在正色散区域，实验获得了耗散孤子共振脉冲的输出。
该脉冲是由高斯型演化成平顶的矩形脉冲，脉冲的重复频率为 5.16 MHz，信噪比为51 dB。
实验验证了脉冲会随着泵浦功率的增加发生展宽，并未出现脉冲分裂，表明在正色散下，该脉冲能够容忍更高的非线性效应，可以实现更高能量的脉冲输出。
非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器自动锁模电路
ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ — — ｌ ｏ ｃ ｋ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｉ ｎ ｒ ｅ ａ ｌ ｔ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｇ ｅ ｔ ａ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｍｏ ｄ ｅ —
第 ２ ｌ 卷
第 １ ２期
光 学 精 密 工 程
Ｏｐｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏｎ Ｅｎｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｖ ｏ１ ． ２１ ＮＯ．１ ２
Ｄｅ ｅ ．２ ０１ ３
２ Ｏ １ ３年 １ ２月
文 章编 号 １ ０ ０ ４ — ９ ２ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） １ ２ ２ ９ ９ ４ ０ ７
非线 性偏 振 旋 转 被 动锁 模 光 纤激 光 器 自动 锁 模 电 路
易 波， 贾 文， 徐 军 ， 陈国梁， 梅 理
（ 中国科学技术大学 物理学院， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ２ ６ ）
摘要 ： 针 对 基 于非 线 性 偏 振 旋 转 （ ＮＰ Ｒ） 原 理 的 被 动 锁模 光 纤 激 光 器 稳 定 性 差 和 不 能 自行 进 入 锁 模 状 态 的 问题 ， 本 文 设 计 了 自动 锁 模 电路 ， 用 于 对 激 光 器 进 行 实 时 调 控 以 获得 稳 定 的 锁 模 输 出 。该 项 设 计 利 用 高 速 光 电 探 测 器 （ Ｐ Ｄ） 将 ＮＰ Ｒ 被 动锁 模 光 纤 激 光 器 输 出的 光 信 号转 化 为 电脉 冲信 号 ， 经过线性放大 、 整形处理后输 出至单片机进行 计数 ； 单 片 机 根 据 快 速 锁 模 判 定 算 法 判 断 该 激 光 器 的输 出状 态 ， 并 自动 反 馈 调 节 加 装 在 光 纤 激 光 器 上 的 电 控 偏 振 控 制 器 （ Ｐ Ｃ ） ， 从 而 实 现 激 光 器 的锁 模 稳 定 状 态 输 出 。实 验 结 果表 明 ， 对于重复频率为 ６ ． ２ ３ ８ ＭＨｚ的 Ｎ Ｐ Ｒ被 动 锁 模 激 光 器 ， 自动 锁 模 电 路 能 够 在 ６ ｍｓ内检 测 到 失 锁 状态 ， 在最长 １ ｏ ． ２ ４ Ｓ内 自动 搜 索 达 到 稳定 锁模 工作 状 态 。对 于 重 复 频 率 在 １ ６ Ｍ Ｈｚ 以下 的 Ｎ Ｐ Ｒ被 动 锁模 激光 器 ， 自动锁 模 电 路都 能 够 快 速 地 实 现 自行 启 动 或 将 启 动 后 因 故 失 锁 的状 态 调 节 回锁 模 状 态 ， 达 到 预 先 的 设 计 要求 ， 具 有结 构 简单 、 成本低 、 功耗低及性能稳定等优点。
非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器自动锁模电路
非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器自动锁模电路易波;贾文;徐军;陈国梁;梅理【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2013(021)012【摘要】针对基于非线性偏振旋转(NPR)原理的被动锁模光纤激光器稳定性差和不能自行进入锁模状态的问题,本文设计了自动锁模电路,用于对激光器进行实时调控以获得稳定的锁模输出.该项设计利用高速光电探测器(PD)将NPR被动锁模光纤激光器输出的光信号转化为电脉冲信号,经过线性放大、整形处理后输出至单片机进行计数;单片机根据快速锁模判定算法判断该激光器的输出状态,并自动反馈调节加装在光纤激光器上的电控偏振控制器(PC),从而实现激光器的锁模稳定状态输出.实验结果表明,对于重复频率为6.238 MHz的NPR被动锁模激光器,自动锁模电路能够在6 ms内检测到失锁状态,在最长10.24 s内自动搜索达到稳定锁模工作状态.对于重复频率在16 MHz以下的NPR被动锁模激光器,自动锁模电路都能够快速地实现自行启动或将启动后因故失锁的状态调节回锁模状态,达到预先的设计要求,具有结构简单、成本低、功耗低及性能稳定等优点.【总页数】7页(P2994-3000)【作者】易波;贾文;徐军;陈国梁;梅理【作者单位】中国科学技术大学物理学院,安徽合肥230026;中国科学技术大学物理学院,安徽合肥230026;中国科学技术大学物理学院,安徽合肥230026;中国科学技术大学物理学院,安徽合肥230026;中国科学技术大学物理学院,安徽合肥230026【正文语种】中文【中图分类】TN248.1【相关文献】1.被动锁模掺铒光纤激光器中的有理数谐波锁模 [J], 况庆强;桑明煌;聂义友;张祖兴2.基于SOA非线性偏振旋转效应谐波锁模光纤激光器的数值研究 [J], 江光裕3.非线性偏振旋转锁模Yb^(3+)光纤激光器的理论分析 [J], 张书敏;吕福云;董法杰;樊亚仙4.利用啁啾脉冲光谱滤波和非线性偏振旋转技术实现高稳定性和开机自启动的全光纤掺Yb^3＋光纤锁模激光器 [J], 张攀政;汪小超;李菁辉;冯滔;张志祥;范薇;周申蕾;马伟新;朱俭;林尊琪5.基于非线性偏振旋转效应的多波长掺铥锁模光纤激光器 [J], 刘鹏;王天枢;张鹏;张岩;马万卓;苏煜炜;毕明喆;张靓因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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交叉相位调制（ XPM）：
当光纤中传播不同频率的光波时，介质的折射率与所有光波 的光场都有关系，因此，某一特定频率的相位不但与自身的光场有 关，还与其它频率的光场有关。
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j偏振 锁模
非线性偏振旋转锁模（NPR）： 当一个脉冲的两正交偏振分量在光纤中传输 时,由SPM和XPM效应引起强度依赖的偏振 态变化，配合两个偏振控制器产生一个具有 自幅度调制作用的等效快速可饱和吸收体的 被动锁模机制，实现脉冲的窄化。
XPM
自相位调制（ SPM）：
光纤中的非线性效应,光纤折射率将随光强变化
经过腔体一周传输后,脉冲不同部分因为其本身强度不同而积累不同 的非线性相移,相应的,其合成矢量偏振态也会因非线性不同而产生 不同程度的偏振旋转,当其再次通过起偏器时,就会因脉冲不同部分 的不同偏振态而引发一个偏振相关的自幅度调制可饱和吸收体效应, 进而实现锁模脉冲窄化,形成超短脉冲。
输入脉冲
调制后脉冲