什么是鎖模光纖激光器？
定義：通過(guò)主動(dòng)或者被動(dòng)鎖模產(chǎn)生超短脈沖的激光器。 jt S+y)2
通過(guò)主動(dòng)或者被動(dòng)鎖模產(chǎn)生超短脈沖的光纖激光器具有很多有利的特性： eW1$;.^
- 稀土摻雜光纖的增益帶寬較大，通常有幾十納米，能夠產(chǎn)生飛秒脈沖。
- 有源光纖很高的增益效率使激光器工作在很低的功率處，并且允許腔內(nèi)的光學(xué)器件具有一定的光學(xué)損耗。例如，在體激光器中，有些光學(xué)濾波器等不能用來(lái)進(jìn)行色散補(bǔ)償。
- 光纖激光器裝置成本較低，并且尺寸小裝置很堅(jiān)固，尤其是當(dāng)不采用自由空間器件時(shí)。
- 鎖模光纖激光器主要是采用通信器件，這些器件已經(jīng)發(fā)展的非常成熟，適宜應(yīng)用于長(zhǎng)距離工作并且成本適中。
- 激光器輸出一般是光纖耦合的（例如，端口為光纖連接器），因此與通信系統(tǒng)兼容。
- 如果采用雙包層光纖，那么可以得到很高的輸出功率。
但是，有些皮秒和飛秒鎖模光纖激光器和放大器，尤其是在脈沖能量，峰值功率和脈沖質(zhì)量方面受限于光纖中強(qiáng)的非線性效應(yīng)，有時(shí)也受色散影響。還有一個(gè)問題是如果光纖不是偏振保持的，那么其中的雙折射無(wú)法控制。 4) ]g=- 3
有很多種超快光纖激光器，它們不僅輻射不同波長(zhǎng)、脈沖長(zhǎng)度和脈沖能量的脈沖，并且采用了不同的脈沖產(chǎn)生機(jī)制。下面的章節(jié)中討論幾種最重要類型的超快光纖激光器。 `[jQn;
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1.5-μm飛秒摻鉺光纖激光器 y~SFlv36
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[attachment=129662] 圖1：簡(jiǎn)單的摻鉺飛秒光纖激光器 <{[AG3/Zj4
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[attachment=129663] 圖2：8字形激光器裝置，左側(cè)為主諧振腔，右側(cè)為非線性放大環(huán)路反射鏡作為模式鎖定裝置。 Gyjx:EM
摻鉺光纖具有較寬的增益帶寬，峰值增益位于1535 nm或者更長(zhǎng)的例如1550 nm處，取決于光纖纖芯的組分和反轉(zhuǎn)能級(jí)，而后者則取決于光纖長(zhǎng)度，摻雜濃度和諧振腔損耗。 2 t<
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圖1是一種很簡(jiǎn)單的摻鉺光纖激光器[4]。線性激光器諧振腔左端連著一個(gè)半導(dǎo)體飽和吸收反射鏡（SESAM）作為被動(dòng)鎖模器，另一端就是裸光纖端口（菲涅爾反射率約為4%）。摻鉺激光器由一個(gè)低功率的激光二極管泵浦，后者出射的光纖進(jìn)入一個(gè)二色性光纖耦合器中。光纖長(zhǎng)度決定了脈沖重復(fù)速率，而脈沖長(zhǎng)度則是色散，非線性和增益的共同結(jié)果。 &A*o Q3
更復(fù)雜的諧振腔可以得到更短的脈沖。例如圖2中所示的8字形激光器裝置[2]。右側(cè)的環(huán)是一個(gè)非線性放大環(huán)路反射鏡。來(lái)自主諧振腔中的光分成兩束相反方向的光進(jìn)入環(huán)路中。順時(shí)針方向以較低的功率先進(jìn)入長(zhǎng)的非線性光纖中，然后在摻鉺光纖中被放大，而另一個(gè)方向的光則是先被摻鉺光纖放大，產(chǎn)生的非線性相移更大。如果非線性相移為π（理想情況），那么兩束光在耦合器干涉后的結(jié)果是進(jìn)入主諧振腔的底部；進(jìn)入另一個(gè)方向的光會(huì)被法拉第隔離器隔離。因此往返的增益在低功率時(shí)比較低，但是在一定功率時(shí)非常高（接近于脈沖的峰值功率）。這一裝置類似于激光器增益與飽和吸收器的結(jié)合，使往返的脈沖與低功率的背景光分離開。人為的飽和吸收器產(chǎn)生一個(gè)在諧振腔中往返的脈沖，然后在左邊低端端口處輻射一個(gè)脈沖列。 ":Kn@S'{(
在簡(jiǎn)單的情況下（例如，上面描述的8字形激光器），需要調(diào)節(jié)腔內(nèi)色散用于孤子模式鎖定，即往返的脈沖為準(zhǔn)孤子脈沖，孤子參數(shù)與平均色散和非線性相移有關(guān)。盡管孤子工作狀態(tài)下脈沖形狀很規(guī)則，并且易于采用一些基本的定量描述，但是考慮到脈沖能量和脈沖功率，它具有一些限制，尤其是短脈沖情況下非線性效應(yīng)變得非常強(qiáng)。通常來(lái)講，脈沖長(zhǎng)度不低于幾百飛秒，脈沖能量在皮焦耳區(qū)域，平均能量只有幾個(gè)毫瓦。通過(guò)結(jié)合光纖布拉格光柵來(lái)提高反常色散[10]已經(jīng)可以得到具有較高脈沖能量（遠(yuǎn)大于1 nJ）的皮秒脈沖，但是這時(shí)光纖中已經(jīng)不再是孤子傳輸了。其它的模式鎖定技術(shù)可以得到更高的脈沖能量和更短的脈沖長(zhǎng)度，但是得到的脈沖形狀更加復(fù)雜，并且通常脈沖質(zhì)量也下降了。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，摻鉺飛秒光纖激光器可以得到的脈沖長(zhǎng)度可以小于100 fs，有時(shí)甚至低于50 fs[29]。典型的輸出功率為幾十毫瓦。如果采用不同的色散控制可以得到更高的脈沖能量，下面會(huì)有所討論。 /A9M
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