1 清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室，北京 100084
2 北京邮电大学电子工程学院信息光子学与光通信全国重点实验室，北京 100876
在光纤锁模激光器中，模式相位锁定产生周期短脉冲的过程称为锁模过程，产生的脉冲在广义上被称为“光耗散孤子”。光纤锁模激光器从传统的单模光纤锁模激光器发展到了多模光纤锁模激光器，锁模机理从一维（1D）时域耗散孤子锁模发展到了（3+1）维时空耗散孤子锁模。通过深入理解耗散孤子的产生机理，有望进一步推动光纤锁模激光器在科学和应用领域的发展，为更多领域带来更多创新和可能性。首先介绍单模光纤锁模激光器中的一维时域耗散孤子锁模，探讨不同色散区域中时域耗散孤子的产生机理；随后介绍多模光纤锁模激光器中时空耗散孤子的最新研究成果，讨论模间色散的补偿方法，揭示其丰富的时空锁模机理和潜在的应用场景；最后对光纤锁模激光器的发展前景进行展望。
清华大学 精密仪器系 精密测量技术与仪器国家重点实验室，北京 100084
光学孤子是指一种通过非线性折射率势阱维持脉冲形状不变的光波，它广泛存在于光纤、飞秒激光器、参量振荡器等系统中。近年来，人们在相干泵浦下的高Q值微腔中也观测到了光孤子，这为研究光孤子性质提供了新的实验平台。又因为微腔光孤子在频域上对应高重频的光学频率梳，微腔光孤子的诞生也极大地推动了小型化光学频率梳的发展。微腔光孤子频率梳已经可以实现自参考锁定；这使得片上集成的光频合成器、光原子钟、波分复用光源、微腔光谱仪、微腔激光雷达等众多应用成为了可能。文中介绍了微腔光孤子的产生基础，特别是光孤子相互作用相关的研究，还讨论了基于微腔的双光梳测量在高速成像与中红外气体光谱分析上的应用。
光孤子 相干泵浦 微腔光频梳 双光梳测量 optical soliton coherent pump microcomb dual-comb measurements 红外与激光工程
2022, 51(5): 20220271
1 清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室, 北京 100084
2 北京邮电大学电子工程学院信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
双光梳光谱技术作为一种新兴的宽带光谱测量技术,具有超高分辨率、高灵敏度和高采样率的特点,在气体吸收谱测量、温室气体排放监控、非线性光谱成像等领域具有重要应用。研究表明,仅从一台激光器中产生高相干的双光梳光源,克服了传统双光梳光源产生方法中存在的频率锁定系统复杂、梳齿数量较少、制作工艺困难等缺点,这种光源是理想的双光梳光源之一。结合国内外相关研究进展,综述了单腔双光梳的产生方法、单腔双光梳锁模光纤激光器中的孤子动力学研究以及单腔双光梳的应用。
激光器 双光梳光谱技术 单腔双光梳 锁模光纤激光器 中国激光
2021, 48(15): 1501001
Author Affiliations
Abstract
Department of Precision Instruments, Tsinghua University, Beijing 100084, China
We report a wavelength swept fiber laser at the 1 μm region based on an actively mode-locked dispersion-tuning technique. The ring-cavity laser uses a 70 cm ytterbium-doped fiber as a gain medium. Mode locking is achieved by the direct modulation of the amplitude modulator, and a ～1000 m single-mode fiber is used to provide the desired intracavity dispersion. By sine-modulating the modulation frequency, a wavelength swept laser with a range of ～30 nm can be achieved at a sweeping rate of 50 Hz. The characteristics of the laser, such as its single-wavelength tuning range, tuning sensitivity, static linewidth and sweeping rate, are also studied experimentally.
140.3510 Lasers, fiber 140.3600 Lasers, tunable 140.3615 Lasers, ytterbium Chinese Optics Letters
2015, 13(9): 091403
清华大学 精密仪器系 精密测试技术与仪器国家重点实验室, 北京 100084
为了研究基于压电陶瓷的法布里-珀罗(F-P)波长滤波器扫描非线性的物理机理及优化方案, 搭建了基于F-P滤波器的扫频激光器。用基于梳状滤波器的透射时域法研究了扫频激光器输出的非线性特性, 获得了不同扫描频率下的扫频非线性特性的变化情况, 认为这是由于可调谐滤波器中的执行器——压电陶瓷的容性负载特性引起的。结合光谱测量法, 获得了动态扫频线性度、扫频范围与驱动频率的关系, 实验结果与理论分析结果相符。最后, 提出了优化扫频非线性的驱动参数方案。通过在驱动源后增加电压跟随器提高了驱动源的负载能力和高速扫频的线性响应特性, 并应用于光纤光栅解调。实验得到了1 000 Hz扫频速度下的线性解调结果, 即解调线性度为0.998 44。
光纤光栅解调 扫频激光器 法布里-珀罗可调谐滤波器 扫描非线性 Fiber Bragg Grating(FBG) demodulation wavelength-swept laser Fabry-Perot(F-P) tunable filter sweeping nonlinearirty 光学 精密工程
2014, 22(11): 2888
输出波长在560~590 nm的全固态拉曼黄光激光器是近几年兴起的激光器之一。目前，此类激光器内部多模振荡引起的黄光输出谱线单色性较差的问题还没有得到解决。针对这一情况，提出将扭转模腔与拉曼复合腔相结合的新型解决方案，从根本上消除增益介质中空间烧孔效应引起的基频光多模振荡，实现单纵模黄光输出。拉曼复合腔由L型基频光谐振腔与直线型拉曼谐振腔耦合而成，既保证各个非线性变换过程可充分利用腔内的高功率密度，又可相对独立地对不同波长的光路进行优化调节，从而使整个系统实现最佳输出。该设计有助于在全固态拉曼激光器中实现毫瓦量级的单纵模黄光输出，为基于黄激光的生物医疗、钠导星、空间目标识别等系统提供理想的固体黄光光源。
激光器 单纵模 全固态黄光激光器 受激拉曼散射 扭转模腔 复合腔 光学学报
2014, 34(12): 1214001
清华大学精密仪器与机械学系，精密测试技术与仪器国家重点实验室, 北京 100084
报道了一种基于色散调谐技术的宽带扫频掺铒光纤激光器。通过在主动锁模光纤激光器腔内引入较大色散，利用锯齿波电信号调制电光调制器的调制频率，可以实现激光器扫频输出。应用扫频激光器可将光纤光栅反射中心波长的变化转变为时域上信号间隔变化，适用于光纤光栅传感解调。搭建了扫频光纤激光器，利用掺铒光纤作为增益介质，研究了扫频范围的影响因素。通过优化实验参数，实验得到的扫频带宽达到43 nm，接近增益带宽，扫频速度为50 Hz。利用搭建的扫频激光器进行了光纤光栅传感解调，灵敏度约为0.68 ms/nm，验证了解调原理。
激光技术 扫频激光器 色散调谐 光纤光栅传感 时域解调 光学学报
2012, 32(11): 1114003
1 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
2 Department of Electrical Engineering, University of California, Santa Cruz, CA 95064, USA
提出了一种新的高非线性色散平坦光子晶体光纤结构,引入了一个衡量非线性和色散平坦的品质因子δ。采用平面波展开法,研究了气孔尺寸对光子晶体光纤色散特性和非线性的影响。新结构在第一圈空气孔的中间插入六个附加小孔,使得光子晶体光纤有更小的有效模场面积,提高了光纤的非线性。通过控制第一圈和第三圈空气孔以及附加小孔的直径,使得该光子晶体光纤在大约330 nm的波长范围内,光纤的色散系数介于±0.5 ps/(km·nm)之间,在大约230nm的波长范围内,光纤的色散系数介于±0.1 ps/(km·nm)之间,在大约200 nm的波长范围内,光纤的色散系数D的值介于±0.05 ps/(km·nm)之间。光纤的有效模场面积为2.26 μm2。衡量非线性和色散平坦的品质因子δ=11.8 ps·W/μm2。
光子晶体光纤 非线性 有效模场面积 色散 色散平坦
1 中国科学院物理研究所, 北京 100080
2 山东大学晶体材料研究所, 济南 250100
分别用扩束光和一束写入光对KTa1-xNbxO3:Cu(x=0.32)晶体中的光折变栅进行擦洗,通过不同的擦洗效果,进一步论证了在写入过程中除了形成周期分布的空间电荷场之外,同时还形成了直流空间电荷场.并对直流空间电荷场被擦洗的动态过程进行了详细研究.此外,在写入之前利用一束均匀光照射在外加电场作用下的KTa1-xNbxO3:Cu晶体,研究了直流空间电荷场的形成对衍射信号强度的影响.
光折变效应 KTa1-xNbxO3:Cu晶体 电光效应
