作者单位
摘要
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。

激光器 光纤锁模激光器 耗散孤子 锁模机理 非线性光学 
中国激光
2024, 51(1): 0101003
任行 1王天枢 1杜垒 1李鑫 1[ ... ]周见红 2,*
作者单位
摘要
1 长春理工大学 光电工程学院 空间光电技术研究所,吉林 长春 130022
2 长春理工大学 光电工程学院 光学工程系,吉林 长春 130022
基于无波分裂脉冲产生的平坦超连续谱被报道。笔者采用非线性偏振旋转(NPR)作为锁模方法来实现耗散孤子脉冲和无波分裂脉冲的切换输出。在0.3 W的泵浦功率下,获得了耗散孤子脉冲。脉冲宽度为5.8 ps,脉冲间隔为54 ns,与11.05 m的腔长一致,信噪比为55 dB,压缩后的脉冲宽度为0.61 ps。值功率可以被提升到1.18 kW。通过适当调整腔偏振态和增加泵浦功率,耗散孤子可以演化为无波分裂脉冲。随着泵浦功率的提高,脉冲宽度从11.7 ps增加到20.2 ps,几乎增加了两倍。经过计算,时间带宽积从23.9增加到53.43。较大的啁啾可以抵抗非线性相移的影响,从而避免脉冲分裂。无波分裂脉冲的脉冲能量可以提高到3.89 nJ,是耗散孤子脉冲能量的五倍。随后,使用耗散孤子和无波分裂脉冲作为种子源去获得超连续谱。结果表明,在锥形高非线性光纤中,无波分裂脉冲产生的超连续谱范围和平坦度均优于耗散孤子脉冲。基于耗散孤子脉冲和无波分裂脉冲产生的超连续谱范围为1 400~2 000 nm,覆盖了S波段、C波段、L波段三个主要通信波段,20 dB带宽分别为310.3 nm和426.4 nm。这项工作将有助于高能量脉冲光纤激光器的发展,并提高其在超连续谱产生和光通信领域的潜在应用。
超连续谱 非线性偏振旋转 耗散孤子 无波分裂脉冲 平坦度 supercontinuum nonlinear polarization rotation dissipative soliton wave-free breaking pulse flatness 
红外与激光工程
2023, 52(5): 20220745
作者单位
摘要
北京邮电大学 电子工程学院 天地互联与融合北京市重点实验室, 北京 100876
本文提出了一种提高被动锁模光纤激光器计算效率的方法,该方法由对称分步傅立叶方法(SSFM)和全局误差局部能量(GELE)方法组成。该方法可将与全局误差相关的局部能量增量限制在一定范围内来控制步长。该方法具有自动步长调整机制。达到同程度的计算精度,本文方法的计算时间为255 s,而小的恒定步长SSFM方法需要3855 s。这表明本文方法可以将计算效率提高10余倍。本文方法还可以通过RK4IP、Adams、预测-校正等高阶算法进行扩展,以提高精度。
锁模光纤激光器 耗散孤子 分步傅里叶法 自适应方法 mode-locked fiber laser dissipative soliton split-step Fourier method adaptive method 
中国光学
2023, 16(3): 733
作者单位
摘要
长春理工大学 光电工程学院,吉林 长春 130022
当超短脉冲进入高非线性光纤时,在色散和非线性效应的共同作用下,脉冲频谱中会产生一些新的频率分量,使得输出频谱比输入频谱宽得多。这种光谱被称为超连续谱。超连续谱光源具有光谱范围宽、方向性好、亮度高、空间相干性好等优点。在锁模激光器中,传统孤子、耗散孤子和类噪声脉冲可以作为种子源产生超连续谱。文中,笔者建立了一个NPR被动锁模光纤激光器来产生脉冲激光。然后,添加一段DCF以补偿腔中的色散,从而产生耗散孤子。同时,通过调节腔内PC,可以实现束缚态和耗散孤子的状态切换。输出脉冲经10 m单模光纤压缩后注入部分拉锥后的高非线性光纤以产生超连续谱。实验中,我们得到了脉宽为5.6 ps、重复频率为32 MHz、信噪比为52 dB的耗散孤子锁模脉冲,压缩后的脉冲宽度为868 fs,用作超连续谱产生。超连续谱的覆盖范围约为1200~2200 nm,其20 dB谱宽为357 nm。通过调节偏振控制器,实现耗散孤子脉冲与束缚态脉冲之间的切换,束缚态脉冲持续时间为1.4 ps,脉冲间隔为14 ps,信噪比为51 dB,产生1600~1870 nm的超连续光谱,20 dB的光谱宽度为135 nm。
超快激光器 被动锁模 超连续谱 耗散孤子 束缚态孤子 ultrafast lasers passively mode-locked supercontinuum dissipative soliton bound state soliton 
红外与激光工程
2022, 51(7): 20220035
作者单位
摘要
常州工学院 理学院,江苏 常州
波长可调谐的超短脉冲激光对通讯、生物医药、度量和激光加工等领域研究有着非常重要的意义。通过非线性偏振旋转技术,利用腔内双折射效应搭建了波长可调谐全正色散超短脉冲掺镱光纤激光器。利用腔内双折射引起的光谱滤波效应,通过适当旋转波片和调整双折射滤波器的角度,耗散孤子可以从1 015~1 075 nm连续调谐。在调谐范围内,其脉冲重复频率25.6 MHz,脉冲宽度4.52 ps,输出功率为85 mW。
掺镱光纤激光 全正色散激光 波长可调谐激光 耗散孤子 Yd-doped fiber laser all-normal dispersion laser wavelength tunable laser dissipative solition 
光电技术应用
2022, 37(4): 58
作者单位
摘要
华中科技大学光学与电子信息学院武汉国家光电研究中心光谷实验室,湖北 武汉 430074
耗散孤子共振脉冲(DSR)是锁模光纤激光器的一种特殊的输出脉冲,其脉冲宽度会随着泵浦能量的增加而线性增加,同时脉冲的峰值功率被钳制,因此脉冲能量也是线性增加的。随着锁模技术和稀土元素掺杂技术的发展,耗散孤子共振脉冲光纤激光器也发展迅速。对耗散孤子共振脉冲的研究背景进行了介绍,简要说明了脉冲的产生机理以及特性,列举了不同锁模机制下DSR光纤激光器的结构,最后对国内外的研究现状以及目前的应用方向进行了综合阐述。
激光器 被动锁模技术 耗散孤子共振脉冲 光纤激光器 
中国激光
2022, 49(21): 2100002
作者单位
摘要
1 华中科技大学光学与电子信息学院武汉光电国家研究中心光谷实验室,湖北 武汉 430074
2 广东工业大学信息工程学院先进光子研究院,广东 广州 510006
非线性傅里叶变换可以将信号转换为包括连续谱和离散谱的非线性谱,其中离散谱的本征值位于复平面的上半部分。通过非线性傅里叶变换,信息被编码到信号的非线性谱中,可以实现信号和非线性积累的有效区分,从而解决标准单模光纤中出现的非线性传输损伤。同时,作为新型的信号分析工具,非线性傅里叶变换还可以用于分析光纤激光器中的孤子脉冲。对于纯孤子,其非线性谱仅包含离散谱,离散谱中的本征值对应于孤子的特征,其实部和虚部分别对应于孤子的频率和幅值。非线性傅里叶变换技术为激光动力学的研究提供了新视角,从脉冲的全场信息得到脉冲的非线性谱,进而根据不同的本征值分布分离孤子和连续波背景,就可以实现纯孤子的产生。本文综述了非线性傅里叶变换的原理及其在光通信和光纤激光器领域的应用,并介绍了基于非线性傅里叶变换的“孤子蒸馏”技术。
傅里叶光学 光通信 非线性傅里叶变换 耗散孤子 光纤激光器 
中国激光
2022, 49(12): 1206003
作者单位
摘要
西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
色散傅里叶变换技术为研究被动锁模光纤激光器中孤子各种瞬时、复杂、非重复的非线性过程提供了一种强有力的实时测量手段。利用色散傅里叶变换技术研究了基于非线性偏振旋转技术的被动锁模光纤激光器中耗散孤子分裂的整个实时动态过程。研究发现,当泵浦功率为280 mW时耗散孤子发生分裂,耗散孤子分裂前首先由噪声背景脉冲产生单孤子脉冲。与泵浦功率为180 mW时的单孤子锁模状态不同的是,分裂前的单孤子的光谱上有新的光谱成分产生。这个新的频率成分会随着孤子脉冲在谐振腔中循环的圈数不断放大和展宽,并最终演化为一个新的耗散孤子脉冲。本研究对明确被动锁模光纤激光器中耗散孤子的产生和分裂机理有着重要的意义。
光纤光学 耗散孤子 孤子分裂 锁模 光纤激光器 
光学学报
2022, 42(7): 0706001
作者单位
摘要
西安邮电大学电子工程学院,陕西 西安 710072
通过在耗散孤子锁模光纤激光器外接入马赫-曾德尔干涉仪,实现了间隔可控的耗散孤子分子超短脉冲输出。马赫-曾德尔干涉仪由两个50∶50分束器和一个可调谐时间延迟线构成。通过调节时间延迟线控制马赫-曾德尔干涉仪两臂的光程差,可以实现耗散孤子分子的间距连续可调谐。实验中实现了脉冲间隔分别为0.8、1.3、2.37、4.25、6.24、9.4、15.3 ps的耗散孤子分子,对应的光谱调制间隔分别为8.3、6.1、3.83、1.88、1.27、0.85、0.52 nm。理论分析了孤子分子的产生机理并与实验数据保持一致。本研究为实现间距可控孤子分子超短脉冲提供了一个行之有效的方法。
激光光学 耗散孤子 孤子分子 锁模光纤激光器 
激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2114013
林彦吕 1,2,3黄梓楠 1,2,3黄千千 1,2,3戴礼龙 1,2,3[ ... ]牟成博 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200444
2 上海大学上海先进通信与数据科学研究院, 上海 200444
3 上海大学特种光纤与先进通信国际合作联合实验室, 上海 200444
4 华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程实验室, 湖北 武汉 430074
采用由一对保偏45°倾斜光纤光栅构成的Lyot滤波器,设计了一台脉冲态可切换的掺镱光纤激光器。该Lyot滤波器集成了起偏器和梳状滤波器的功能,为激光器实现耗散孤子锁模提供了光谱滤波效应,从而使激光器产生了中心波长为1038.82 nm、脉冲宽度为5.2 ps的耗散孤子脉冲。随着泵浦功率的增加,非线性偏振旋转反馈机制的切换导致激光器的锁模脉冲态发生了耗散孤子脉冲与类噪声脉冲之间的多重切换。脉冲态切换过程中仅需调节泵浦功率,而不需要改变偏振控制器的状态。该脉冲态可切换激光器可以用于设计更精准可控的多功能光源。
光栅 光束传输 倾斜光纤光栅 掺镱光纤激光器 非线性偏振旋转 耗散孤子 
中国激光
2021, 48(19): 1901004

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