8字腔结构

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1、原理：附加脉冲锁模是一种典型的被动锁模技术，它首先是在固体激光器中实现的，后来被用于光纤激光器。它由主腔和附腔两个腔组成，主腔中有饱和增益介质，附腔中包含一段光纤，两个腔通过一个半反半透的介质镜耦合。如果两个腔的腔长选择合适，从光纤附腔反射回来的脉冲进入主腔后会和主腔中原有脉冲在脉冲的峰值处相干干涉，而在脉冲的两翼没有相干叠加，这是因为脉冲峰值处和两翼在光纤中所获得的非线性相移不同。结果，脉冲的峰值提高了，而两翼衰减了，这样利用光纤中的非线性相移可以实现等效饱和吸收被动锁模。NALM或NOLM被动锁模就是利用NALM或NO

2、LM形镜作为附腔，通常采用“8”字形腔体，所以通常又称之为“8”字形被动锁模光纤激光器,如图3-6所示。非线性放大环形镜锁模的工作原理是：入射光通过3dB光纤耦合器分成传输方向相反、强度相同的两个部分，由于受到与强度相关的自相位调制和交叉相位调制等非线性效应的作用光在NALM内往返一次会产生非线性相移，而EDFA的不对称放置导致传输方向相反两部分光所获得的非线性相移量不同，而且相位差不是一个常数，而是随脉冲色散形状变化。如果将NALM调节到使脉冲的中央较强部分的相移接近π或π的奇数倍，则脉冲的这部分能量被透射，而边沿部分由

3、于其功率较低，所得相移较小，从而被反射。总的结果是，从NALM输出的脉冲要比输入脉冲窄，因而从功能上讲，NALM的作用与快速可饱和吸收体类似。其主要优点在于，光纤非线性效应的电极化起源决定其响应速度可以达到飞秒量级。图3-6是一个典型的非线性放大环形镜结构示意图[3]。实验设计：如图3-7给出了我们设计的“8”字腔光纤激光器的实验示意图。一个3dB的耦合器将激光振荡腔和一个NALM连接起来构成“8”字形激光器。激光腔包括一段长2米、铒离子掺杂浓度为2280ppm的掺铒光纤作为增益介质，两个980/1550WDM来双向泵浦掺

4、铒光纤，这样的结构可以提高980nm光的吸收。一个两端带尾纤的偏振无关隔离器保证激光器单方向工作，两个PC来控制偏振，10dB的OC用于输出信号，其中90%的激光将继续在腔内循环，10%的信号输出用于光电探测器接收或者OSA，并通过示波器观察。其原理与3.5.1节所述的基本一致。实验结果：首先当NALM选用600m长的单模光纤，加上掺铒光纤长度2m以及其他连接光纤长度18m，这时整个激光器的腔长为620m，纵模间隔f大约是333KHz，周期约为3μs。此时调节PC很容易得到锁模信号，因为NALM很长的情况下，可以保证足够的

5、相移差来产生锁模信号。此时，两个泵浦的功率分别为120mW和220mW。当980泵浦功率一定得时候，NALM会存在一个最小的长度，小于此长度将不能产生锁模脉冲，因为得不到足够的相移差来实现脉冲锁模。而且当减少整个腔长的时候，得到的脉冲宽度也会逐渐变小，并且锁模难度增大。为了得到fs两级的脉冲，我们将激光振荡腔长减短到为10m，然后去尽量缩短NALM的长度去观察锁模信号。当NALM长为18m以下的时候，调节PC得不到锁模信号，这时是此泵浦条件下极限短的长度。如图3-9所示，锁模脉冲的纵模间隔f大约是7.2MHz，周期约为13

6、9ns。图3-10是在此锁模状态下OSA上得到的光谱，3dB谱宽大约为8nm。此时在自相关仪上观察到脉冲宽度以达到ps量级以下，大约为600fs。锁模状态的平均功率为18mw。总结：本文研究了被动锁模光纤激光器的锁模机制和几种产生飞秒脉冲的被动锁模激光器。实验展示了通过优化展宽脉冲光纤激光器的腔长管理腔内色散并且产生100fs以下的超短脉冲。同时，在“8”字腔的光纤激光器中实现脉冲锁模，并且确定当激光器腔长很短的时候可以产生几百fs量级的脉冲。但是随着腔长的变短，锁模会变得越来越困难。