光纖環(huán)形腔選頻放大器

最新研究的典型環(huán)形諧振腔自相似光纖激光器有:孤子-自相似子光纖激光器;耗散孤子自相似全正二階色散光纖激光器;全光纖環(huán)拉曼拋物自相似脈沖激光器;自相似矢量孤子光纖激光器;G raphene 鎖模自相似光纖激光器等。以下簡要描述這些激光器腔型結(jié)構(gòu)、動力學(xué)機制、鎖模方法和實驗結(jié)果。

2010 年,B .Oktem 等研究的最新的"孤子-自相似子"光纖激光器是單環(huán)腔, 采用非線性偏轉(zhuǎn)演化被動鎖模方法, 其實驗裝置如圖3 所示, 其中QWP 是1/4 波片, PBS 是偏振分束器。

2010 年,W .H .Renning er 等研究了單環(huán)腔"全正二階色散自相似光纖激光器"的特性, 即ANDi 光纖激光器, 其結(jié)構(gòu)由三大主要部分構(gòu)成:增益光纖(摻Y(jié)b 光纖)、NPE 鎖模元件和光柵濾波器。該裝置的最大特點是不采用負GVD 的色散補償光纖對自相似進行整形, 而是用負啁啾函數(shù)的光柵對自相似啁啾脈沖進行濾波, 從而減少了非線性效應(yīng)和高階效應(yīng)對脈沖演化的影響。

他們首先采用的單模保偏光纖, 在忽略偏振模色散(線性偏振)效應(yīng)而僅僅考慮自相似脈沖演化非線性偏振分量的耦合作用的條件下, 運用耦合的N LSE 進行表征和數(shù)值計算所示。在5 m 長的增益介質(zhì)演化過程中, 脈沖功率譜趨于自相似拋物線包絡(luò).但是, 他們的研究結(jié)論沒有指出由于脈沖功率變化可能引起的正交偏振分量的耦合效應(yīng)(比如,交叉相位調(diào)制)或者不出現(xiàn)耦合效應(yīng)時脈沖的閾值, 這兩個問題都是大功率自相似光纖激光器運行中不可回避的實際問題。

為了研究自相似光纖激光器重復(fù)頻率的穩(wěn)定性問題,Wei-Wei Hsiang 等把一個摻Y(jié)b 單環(huán)形腔自相似光纖激光器(其二階色散為+0 .068 ps2)和一個摻Er 單環(huán)形腔自相似光纖激光器(其二階色散為-0 .182 ps2)通過波分復(fù)用耦合器耦合成雙環(huán)形腔自相似光纖激光器。其中M2 為半反射鏡,GP 是光柵對壓縮器。

兩個單環(huán)形腔各自采用偏振控制加成鎖模P-APM方式實現(xiàn)鎖模, 雙環(huán)形腔依賴兩個單環(huán)激光器脈沖的交叉相位效應(yīng)實現(xiàn)鎖模。通過測量雙脈沖序列的重復(fù)頻率, 實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn):雙環(huán)形腔的交叉相位鎖模與兩個單環(huán)形偏振加成鎖模可以同時實現(xiàn), 獲得了穩(wěn)定重復(fù)頻率的雙波長輸出。摻Y(jié)b 單環(huán)形腔鎖模激光脈沖的中心波長在1035 nm(其二階色散約為+0 .068 ps2), 從5 %輸出耦合器輸出的脈沖的頻譜如圖9(a)所示, 在頻譜的中心附近是拋物形狀, 前后沿非常陡, 可以判斷081409-748 , 081409是脈沖自相似演化的結(jié)果, 其中的小插圖是通過偏振分束器輸出5 %的自相似激光脈沖的頻譜, 所需要補償?shù)倪绷考s為-0 .182 ps2 , 補償整形后的脈沖寬度約為3 ps 。通過調(diào)節(jié)腔內(nèi)光纖長度和波片的方位, 摻Er單環(huán)形腔也同步實現(xiàn)了脈沖鎖模, 摻Er 光纖長度是該腔單模光纖的1/3 , 但是由于摻Er 光纖對于1560 nm中心波長的脈沖應(yīng)當(dāng)具有負的二階色散, 所以, 脈沖在腔內(nèi)進行的是呼吸孤子(又稱為拉伸孤子)脈沖演化,形成耗散孤子, 其頻譜形狀如圖9(b)所示, 其中的小插圖是由該腔內(nèi)PBS 輸出5 %的耗散孤子激光脈沖的頻譜。兩種波長同步輸出, 形成相同重復(fù)頻率的雙波長激光脈沖的穩(wěn)定輸出。

如果繼續(xù)增加抽運功率, 實驗發(fā)現(xiàn), 雙波長激光脈沖會發(fā)生相互"碰撞"作用, 形成有邊帶結(jié)構(gòu)、中心波長約為1550 nm 激光脈沖, 其產(chǎn)生的物理機制需要做進一步研究。但是, 該激光器的實驗沒有給出輸出脈沖的能量、脈寬以及峰值功率, 也沒有給出具體的重復(fù)頻率值。

由于人們對腔內(nèi)GVD 的大小和正負缺乏準(zhǔn)確地測量, 對結(jié)果的理解和對實驗結(jié)論的解釋缺乏一致性;同時, 其輸出脈沖的能量、脈寬和峰值功率, 以及重復(fù)率大小與實際應(yīng)用還有一定的距離。

把耗散孤子光纖激光器歸類為自相似光纖激光器, 是因為其信號脈沖的增益過程實際上是自相似演化過程, 即脈沖的能量增益階段是在正的二階色散區(qū)域完成的---自相似演化, 該自相似脈沖繼續(xù)傳輸?shù)角粌?nèi)的負色散區(qū)域后, 自動進行了整形(可能使輸出頻譜偏離了自相似脈沖的頻譜特征)。由于腔內(nèi)各種復(fù)雜參數(shù)(已知的和未知的)的作用, 整形后的脈沖特性與自相似脈沖、耗散孤子脈沖、色散管理孤子等有很大的差別。2010 年, Liu Xueming采用18 m 長的摻Er 光纖和雙偏振控制器的加成鎖模單環(huán)形腔耗散孤子---自相似光纖激光器的特性。

理想選頻放大器的幅頻特性為矩形。在矩形所定的頻率范圍內(nèi)，信號全部通過，電壓增益Au=Aum，為通帶。而在此范圍外的信號則全被抑制，Au=0，為阻帶。實際的選頻特性并非矩形，通帶和阻帶間有過渡帶。通常用下列參數(shù)說明:①中心頻率f0;②最大電壓放大倍數(shù)Aum③帶寬B;④選擇性S。中心頻率是選頻的基準(zhǔn)，兩邊的頻率以它為對稱中心;f0處的電壓放大倍數(shù)為Aum。Au下降到Aum的70.7%的上限頻率和下限頻率之差為帶寬B,下降到10%的帶寬稱為B0.1。選擇性的優(yōu)劣以B與B0.1之比來表示，通稱矩形系數(shù)，其值越接近于1說明選擇性越好。選擇性有時以品質(zhì)因數(shù)Q表示f0/B;Q值越高，選擇性越好。