摘要：高晨心1，曹博1，鲍成英1，杨昌喜1，肖晓晟21.清华大学精密仪器系2.北京邮电大学电子工程学院引言在有源介质（通常为掺杂光纤）提供增益的条件下，光纤激光器中不同频率的光可以同时振荡，这些不同频率的光被称为“纵模”。当各纵模之间存在确定的相位关系时，时域上就会
高晨心1，曹博1，鲍成英1，杨昌喜1，肖晓晟21.清华大学精密仪器系2.北京邮电大学电子工程学院引言在有源介质（通常为掺杂光纤）提供增益的条件下，光纤激光器中不同频率的光可以同时振荡，这些不同频率的光被称为“纵模”。当各纵模之间存在确定的相位关系时，时域上就会周期性地叠加产生超短脉冲。在光纤激光器中，这种通过模式相位锁定产生周期短脉冲的过程被称为“锁模”。由于系统的非保守特性，产生的脉冲在广义上也被称为“光耗散孤子”。一维时域耗散孤子锁模在光纤锁模激光器中，耗散孤子的形成是色散与非线性效应以及增益与损耗之间平衡的结果，如图1（a）所示。受到材料和波导结构的影响，不同波长的光在光纤中传播的速度不同，从而引起了光脉冲的时域展宽，这种色散被称为“色度色散”。为了在光纤锁模激光器中实现脉冲的自洽传输，需要通过某种效应来平衡色度色散。
图6 全阶跃折射率光纤时空锁模激光器。（a）时空锁模时的输出时域和射频谱（i）、光斑（ii）、光谱以及光谱滤波结果（iii）；（b）大模间色散引起皮秒级走离的证据。（i）不同光纤长度下的输出脉冲光谱，都显示出一定的调制。（ii）由于调制作用，光谱的傅里叶变换出现了额外的峰，峰的位置一般遵循净互模色散，由实线表示。（iii）对于3.9 m长的光纤激光器，通过调整空间耦合可以观察到没有出现强光谱调制的锁模现象。（iv）输出光束轮廓。（v）输入脉冲以及在（iv）中所示的4个位置采样的脉冲的二阶自相关迹线。由于模式锁定包含可忽略的高阶模式和互模走差，迹线是平滑的；（c）仿真得到的输出光谱、光斑、一阶自相关曲线和二阶自相关曲线；（d）时空锁模时腔内不同位置模式之间的走离，以及母子耦合理论图为了理解模间色散是如何被补偿的，他们利用多模非线性薛定谔方程进行了相关仿真。仿真光斑和自相关曲线均与实验结果相似，如图6（c）所示，证明了仿真可以在一定程度上定性反映实验情况。不同模态的脉冲在全阶跃折射率多模光纤激光器中有明显的走离，空间耦合（SC，光从自由空间耦合到多模光纤）可以补偿模式之间较大的走离（如图6（d）所示）。鉴于此，该课题组提出了母子耦合理论并用其解释了空间耦合补偿模间色散的机理。总结与展望聚焦于不同色散决定的时域/时空耗散孤子，光纤锁模激光器的相关研究不仅拓展了人们对锁模原理的理解，还拓展了光纤激光器的应用领域。随着技术的不断进步以及理论的不断完善，相信光纤锁模激光器将继续发挥重要作用，并在光频梳、材料加工、医学诊断等方面实现更多应用。 来源：七星汽车科技人
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