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

基于半导体光放大器(SOA)的锁模光纤环行激光器因其能得到高质量、高重复率的光脉冲而受到人们的广泛关注.在考虑SOA非线性偏振旋转效应下,建立了基于SOA的谐波锁模光纤激光器理论模型,利用该模型,着重研究了在不同SOA注入电流情况下,SOA非线性偏振旋转效应对谐波锁模光纤激光器输出脉冲波形、峰值功率及脉冲宽度的影响.研究结果表明:当SOA注入电流分别为102 mA和106 mA时,可以获得峰值功率为0.16 mW和0.56 mW、脉冲宽度为6 ps和19.8 ps的稳定锁模脉冲.     

调制SOA的偏置电流对谐波锁模光纤环行激光器输出脉冲的影响

本文提出了一个谐波锁模光纤环行激光器模型 ,该模型包含两个半导体光放大器 (SOA) ,其中一个SOA作为调制器(简称调制SOA) ,另一个提供增益 (简称增益SOA)。本文着重研究了调制SOA的偏置电流对锁模脉冲的影响。结果表明 :随着偏置电流的增大 ,脉冲形状将发生扭曲 ,甚至出现多峰结构 ;且输出脉冲的峰功率和方均根宽度都将增大。理论研究结果符合实验观测。     

基于半导体光放大器交叉增益调制效应的主动锁模光纤激光器

提出一种腔内损耗小的基于半导体光放大器(SOA)交叉增益调制效应(XGM)的主动锁模光纤激光器结构。使用光环行器成功减小了激光器的腔内损耗,提高了激光器的输出功率。从理论上对有理数谐波锁模过程中腔内脉冲复合的物理机制进行了详细分析。利用有理数谐波锁模技术,在调制频率为10 GHz下,得到了重复频率为30 GHz的皮秒级光脉冲序列输出,其峰值功率约0.5 mW。由于半导体光放大器的宽增益谱与滤波器的较大可调谐范围,使得激光器输出可以在较大的波长可调谐范围内保持较大功率输出。成功实现了调制频率为20 GHz的谐波锁模短光脉冲输出,可调谐范围达40 nm,峰值功率大于0.65 mW。半导体光放大器和激光器的短腔长保证了激光器的长期稳定性。     

石墨烯锁模的全保偏光纤激光器

报道了一种基于反射式石墨烯可饱和吸收镜锁模的全保偏掺铒光纤激光器。分别使用单层和十层石墨烯作为可饱和吸收器件,通过全保偏结构,避免了外界环境对腔内偏振态的影响,获得了高稳定性、高偏振度、易自启动的锁模脉冲输出,脉冲宽度分别为697 fs和502 fs。实验表明,十层石墨烯相比于单层石墨烯能够获得更窄的脉冲宽度,更高的峰值功率,具有好的锁模效果。研究同时发现,经十层石墨烯锁模,进一步提高泵浦功率,可在全保偏光纤腔中获得重复频率62.94 MHz的二阶谐波锁模脉冲输出。并通过非线性薛定谔方程对谐波锁模产生的机理进行了分析。这种基于反射式可饱和吸收镜的全保偏锁模光纤激光器有望成为实现基频锁模与谐波锁模可切换的单偏振激光源。     

双SESAM被动锁模超短脉冲光纤激光器

针对基于半导体可饱和吸收体（Semiconductor Saturable Absorber Mirror,SESAM）被动锁模光纤激光器脉冲底座宽和脉冲能量小的问题展开研究,设计了一种线型腔结构的双SESAM锁模超短脉冲光纤激光器。首先,通过增加SESAM个数的方式使得光脉冲在谐振腔中的一个振荡周期内多次经过可饱和吸收体,有效增加了可饱和吸收体对光脉冲前后沿的吸收,抑制了因泵浦功率过大而产生的调Q锁模效应,有助于压缩脉冲宽度、提高单脉冲能量,摆脱了因SESAM调制深度较低而对压缩脉冲宽度和提高单脉冲能量造成的限制。其次,通过在系统中引入一段正色散光纤,降低了因峰值功率过高而引起的非线性效应,进一步提高了脉冲能量。最后,在相同调制深度及饱和通量条件下,与单SESAM锁模相比,双SESAM锁模光纤激光器输出脉冲宽度由693 fs降低到449 fs,缩短了35.2%,脉冲能量由2.92 nJ提高到5.31 nJ,上升45%。     

光栅外腔主动锁模半导体激光器特性研究

本文对光栅外腔主动锁模半导体激光器输出脉冲及其光谱进行了详细的实验研究.对影响完全锁模光脉冲宽度的若干因素进行优化组合,由正弦调制的普通DH-GaAlAs光栅外腔激光器得到了最短光脉冲宽度为8.2ps,重复频率为961.06MHz,峰值功率大于150mW,谱调谐范围大于10nm的锁模输出.     

利用非线性偏振旋转锁模技术产生0.7nJ, 1.5ps光脉冲

为了研究锁模光纤激光器以增益平坦型掺铒光纤放大器作为增益介质对输出特性的影响,采用增益平坦型掺铒光纤放大器结合光纤偏振控制器、偏振相关光隔离器组成锁模光纤激光器,基于非线性偏振旋转锁模技术,实现稳定、自起振锁模运转,得到了中心波长1560nm、重复频率6.495MHz、单脉冲能量0.7nJ、脉宽1.5ps的超短光脉冲。同时实验观察到峰值波长为1557nm和1570nm的双峰值波长锁模脉冲的产生。结果表明,采用增益平坦型掺铒光纤放大器替代普通掺铒光纤组成锁模光纤激光器,可获得较高单脉冲能量的超短光脉冲,锁模脉冲的输出光谱可能出现双峰结构,从而可为超短脉冲光纤激光器设计及实用化提供参考。     

被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器理论研究

根据非线性薛定谔方程建立了基于可饱和吸收体被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器的理论模型,研究了中红外超短脉冲在掺Er3+氟化物光纤激光器中形成的物理机制,数值模拟了被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器中中红外超短脉冲的演化过程,重点分析了掺Er3+增益光纤长度,可饱和吸收体不饱和损耗对被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器产生中红外超短脉冲的影响,并给出了参数设置范围。研究发现:当小信号增益系数、可饱和吸收体不饱和损耗、腔内净色散量为一定值,掺Er3+氟化物光纤长度在一定范围时,才会出现稳定的锁模脉冲,且随着掺Er3+氟化物光纤长度增加脉冲宽度变窄、光谱变宽、峰值功率增高;当掺Er3+氟化物光纤长度、腔内净色散量、小信号增益系数为一定值时,可饱和吸收体不饱和损耗在一定的范围时可以得到稳定的锁模脉冲,且随着可饱和吸收体不饱和损耗的增加脉冲宽度变窄,光谱先变宽后变窄变化范围不大,峰值功率增加。     

全光纤结构锁模脉冲光纤放大器

随着光纤技术的不断发展,光纤激光器以其体积小、结构紧凑、高效率、光束质量好、高稳定性等优点逐渐受到重视。近些年,具有高峰值功率、高重复频率和高单脉冲能量的脉冲光纤激光器越来越成为研究和应用领域的热点。利用自行搭建的环形腔光纤激光器,获得了稳定的自启动锁模脉冲种子源,以掺Yb双包层光纤为增益介质,采用包层泵浦的方式和主振荡功率放大结构(MOPA),通过两级放大,使平均功率为70 mW的信号光得到25.2 dB的增益,获得了平均功率23.07 W,中心波长1 064 nm、重复频率41.3 MHz,脉冲宽度50 ps,单脉冲能量0.56μJ,峰值功率11.2 kW的锁模脉冲激光,光光转换效率为42.4%,实现了全光纤结构的锁模脉冲放大器。     

非线性偏振旋转锁模光纤激光器数值模型

利用二能级Giles模型来计算掺铒光纤增益,并通过琼斯矩阵描述偏振控制器,提出了一种基于非线性薛定谔方程的非线性偏振旋转锁模光纤激光器的数值模型。该模型具有物理意义更加清晰、便于分析泵浦功率对锁模影响的优点。采用1.0 m长的掺铒光纤、5.8 m长的单模光纤和85:15的输出耦合器,当泵浦功率为25 mW时数值计算得到均方根宽度为0.30 ps的超短脉冲。研究了泵浦功率对锁模脉冲波形和光谱的影响,并讨论了泵浦功率与掺铒光纤中增益分布的关系。通过实验得到了锁模脉冲,其光谱形状与仿真得到的结果相似。测量了不同泵浦功率下脉冲的平均功率,变化趋势也与理论值吻合。     

Numerical simulations of 1.5 μm actively mode-lockedsemiconductor lasers including dispersive elements and chirp

A transmission-line laser model (TLLM) for mode-locked lasers is modified to include carrier-induced index variations which is the cause of laser chirp. Time-domain dynamic simulations show this to cause pulse narrowing, spectral shifting, and spectral broadening. The effects of AC drive, DC bias, unwanted reflections, and higher-harmonic RF drive are also investigated. The authors present results showing how chirp, drive conditions, facet reflectivity, and harmonic operation affect pulse shape, stability, and pulse spectra     

谐波锁模SOA光纤环形激光器的改进方案及其数值研究

对谐波锁模半导体光放大器(SOA)光纤环形激光器的工作条件提出改进,并采用自再现理论对其进行了数值研究.数值结果表明:激光器在新的工作条件下,即调制SOA被高直流偏置,对自发辐射信号进行调制并提供锁模脉冲克服腔损耗所需的增益,而此时的增益SOA被低直流偏置充当增益补偿器,输出的锁模脉冲质量显著提高.     

哑铃形高功率全保偏大模场掺镱锁模光纤激光器

采用基于非线性光纤环形镜的哑铃形结构搭建了全光纤全保偏掺镱锁模激光器。通过使用全保偏大模场光纤、高功率光纤器件和优化的腔结构,实现了脉冲宽度在156 ps到8.1 ns范围内可调的高功率、大能量矩形耗散孤子共振脉冲输出,在最大泵浦功率22.7 W下激光器直接输出功率达到5.5 W,脉冲能量达到0.68μJ,峰值功率为84 W。得益于全保偏光纤结构,所设计的激光器具有出色的抗干扰性和稳定性。     

高次谐波锁模飞秒掺镱光纤激光器的噪声情况

高重复频率的飞秒激光在高速激光测距和三维成像等领域有着非常重要的作用。其中基于飞秒光纤激光器的高次谐波锁模是获得GHz量级以上高重复频率脉冲的重要手段之一。基于含腔内光栅对色散补偿的非线性偏振旋转（NPR）锁模的掺镱（Yb）光纤激光器,在180 mW泵浦光时获得了稳定的143 MHz基频锁模脉冲序列,当泵浦光功率升至1 W时获得了最高20次谐波（2.86 GHz）锁模脉冲序列输出。系统地对比研究了基频锁模与高次谐锁模状态下,脉冲重复频率精密锁定后的艾伦偏差和相位噪声,7次谐波锁模状态下重复频率锁定精度能够保持在10?13 Hz@1 s的稳定度,为高次谐波锁模飞秒激光脉冲序列用于精密测量提供了实验依据。     

Electron–Hole Plasma-Induced Spectral Blueshift of Optical-Data Injection Mode-Locked Semiconductor Optical Amplifier Fiber Laser

Under an optical nonreturn-to-zero (NRZ) data injection at 10 Gbit/s, the 10-GHz mode-locking and pulsed return-to-zero (RZ) clock extraction from a semiconductor optical amplifier (SOA) based fiber ring is investigated in this paper. The diagnoses on gain and intracavity-power-controlled anomalous blueshifted spectrum and subpicosecond timing jitter are demonstrated. By increasing the injecting power of the optical NRZ data from ${-}3$ to 8 dBm into the SOA bias at different currents, the mode locking is completed with a dc level greatly decreasing from 480 to 50 $mu$ W (only 1.5% of the mode-locked pulse power at 3 mW), corresponding to a pulse/dc amplitude contrast ratio up to 18 dB. Increasing the SOA bias current up to 350 mA significantly suppresses the timing jitter from 1.8 ps to 345 fs, and the extracted RZ clock pulse is shortened from 55 to 27 ps. The pulsewidth of the amplified SOAFL is compressed from 11 ps to 836 fs after dispersion compensation. At constant data injection level, the increasing SOA bias or gain oppositely redshifts the mode-locked SOA fiber ring laser (SOAFL) spectrum by 5 nm. The amplifier spontaneous emission of SOA at short wavelength region (${sim} {hbox {1520}}$ nm) is eliminated with increasing NRZ data power, whereas the mode-locking gain peak arises and blueshifts from 1558 to 1552 nm due to the band-filling effect. Such a blueshift in mode-locking spectrum becomes more significant in SOA at lower bias (or gain) condition. A theoretical model interprets the correlation between the nonlinear gain suppression-induced variation of electron–hole plasma in SOA and the blueshifted mode-locking SOAFL spectrum, which is occurred when the gain saturation condition for the SOA becomes more pronounced.