主动锁模光纤激光器技术go

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第2期(总第4期)光子技术主动锁模光纤激光器技术包焕民，王肇颖，姜骁骏，李世忱(天津大学精密仪器与光电子工程学院，国家教育部光电信息技术科学重点实验室，天津300072)摘要：从高重复率、超短脉冲光源一一主动锁模光纤激光器的进展历程出发，重点综述其各种稳定方法，并在此基础上讨论颇受关注的多波长产生技术。随着技术的进一步完善，主动锁模光纤激光器将在未来高速光通信系统中发挥举足轻重的作用。关键词：光纤激光器；超短脉冲；主动锁模；稳定性；多波长1引言发展高速、大容最光纤通信一直是光通信研究的主要方向。波分复

2、用(WDM)~IJ光时分复用(OTDM)是克服光、电子器件瓶颈，提高光通信容量的有效途径。日前单信道40Gb／S的WDM光通信己接近商品化，而实验系统的最高速率已达12．6Tb／S；OTDM业已实现单信道1．28Tb／S、70km以上的传输。由f单纯增加波分复用路数将增加技术复杂程度和成本，因此采用OTDM技术提高WDM单一波长的信道容量无疑是进⋯步增大容量的有效办法。1999年，利用16倍OTDM和19倍WDM两种技术，已经成功的验证了40km色散位移光纤的3Tb／s无错传输。2003年，Suzuki等人又报道了1．28Tb／s(8×160Gb／

3、s)DwDM／OTDM系统以普通单模光纤无错传输140km。可靠的低啁啾、窄脉宽、高重复率超短脉冲的产生是实现超高速OTDM和光孤子传输的关键技术之一，它需要性能优越的超短脉冲光源。增益开关分布反馈半导体激光器(GS—DFB)，DFB和电吸收调制器组合，主动锁模半导体激光器(AML—SL)和主动锁模光纤激光器(AML—FL)均可满足这一要求。其中，AML—FL由于其具有可调谐、可输变换极限光脉冲、高重复频率、易于同步等优点，成为OTDM和WDM／OTDM的基础器件。相对于AML—SL来说，AML—FL由于具有较高的平均输出功率，更短的输出脉冲且脉冲

4、啁啾小，谐振腔元件灵活，机械装置自由，与光纤系统的兼容性好，几乎可以覆盖整个EDFA增益谱的波长调谐范围等优点，成为光纤激光器的热点研究。AML—FL经过L十年的发展已逐渐成熟起来，其中最常用的技术是利用振幅或相位调制器周期性调制腔损耗的谐波锁模，调制频率fm=NAv=c／(c为真空中光速，L洲为光学腔长，N为被锁定的纵模数量)。采取稳定措施，它可以产生重复频率高达40GHz的稳定的超短脉冲。主动锁模常用环形腔构，因为环腔结构简单、设置灵活。另外还可将激光腔设计成所谓的“o”形腔，用来制造对外界环境保持稳定的光纤激光器。1993年，Onodera等

5、人⋯最先报道了有理数谐波锁模技术，细微调整调制频率使得=．(N±1／k)△V，可以产生k倍于调制频率的高重复率脉冲。后来它被扩展用于AML—FL中，作为一种有效的高重复频率脉冲产生方法备受重视。AML—FL的一种特殊形式是利用长调制光纤或半导体光放大器(SOA)中的交叉相位调制效应进行主动锁模，同样可以得到高重复率的锁模超短脉冲。然而，上述的所有AML—FL都存在一个关键性问题——稳定性。由于激光器的腔长很长(从十几米到几百米)，因此锁模特性易受到外界环境因素的影响。一个基本腔结构的AML—FL实际上表现的稳定的模式锁定只能维持很短的时间(大约几分

6、钟)，因此主动锁模的稳定问题显得尤为重要。2主动锁模的稳定问题主动锁模的不稳定性主要来自三方面的素：(1)环境(如温度)扰动引起的腔长变化，使腔长与调制频率不匹配，从而引发主动锁模的长期不稳定性。(2)由机械振动引起长腔中的偏振起伏。我们所熟知的偏振模色散也存在光纤激光器中，它具有很大的随机性(偏振扰动)，它会导致脉冲振幅抖动和光波长的漂移。维普资讯http://www.cqvip.com62光f技术(3)与谐波锁模丰日伴的超模噪声，是喈波锁模[}J的主要噪声。谐波锁摸rlJ，破锁的模式仪足卡}{Ⅳ△的纵模组合，增益带宽内这样的组合有很多，他们便是

7、所谓的超模。每组超模告l；·，j足响制频，形成的独、：的锁模解，并同时满足谐振条件。结果，所有这些彼此无相位联系的超模都有可能时振荡，彼此竞／f致脉IJ}j振幅的抖动。他们之间的拍频称为超模噪声。在实际中，所有j-述不稳定性引入的噪声鄙必须尽可能的消除，这需要采取一系列的稳定措施。卜而针对以上三因素逐一讨论其稳定技术。2．1再生锁模1994年，Nakazawa等人报道了再生锁模激光器，很好的解决了由腔长变化带米的锁模不稳定性。他们将高速光电探测器探测到的纵模自拍频信号经高Q滤波和放大反馈给调制器，这样，腔长变化的时候，以动的调整调制频率，使其与激光

8、器谐振频率相匹，从『决得了稳定的脉冲运转。时钟提取lflI]路L{】还引入‘卡f『f制器，调整脉冲与调制信号的相位，使脉冲