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Er3+-Yb3+共掺光纤环型腔激光器

导读: 本文介绍了Er3+-Yb3+共掺杂光纤作为增益介质的环型腔光纤激光器。利用光纤的非线性偏振旋转效应产生可饱和吸收体的锁模机制,通过调整泵浦功率,调节偏振控制器的状态,实现了连续基波锁模和高阶谐波锁模两种稳定的锁模运转状态。

  本文介绍了Er3+-Yb3+共掺杂光纤作为增益介质的环型腔光纤激光器。利用光纤的非线性偏振旋转效应产生可饱和吸收体的锁模机制,通过调整泵浦功率,调节偏振控制器的状态,实现了连续基波锁模和高阶谐波锁模两种稳定的锁模运转状态。其中连续基波锁模重复频率15.89 MHz,中心波长为1.557 nm,光谱宽度为9.9 nm。二阶谐波锁模重复率为31.79 MHz,三阶谐波锁模脉冲重复率为46.99 MHz。观察到了调Q锁模和调Q脉冲序列,给出了各种运转状态的实验结果并对多种锁模机理作了简要的分析。

  在Er3+-Yb3+共掺杂光纤激光器中,Yb3+离子的掺入既可解决高浓度Er3+带来的浓度猝灭效应,提高了泵浦功率,又可以使吸收谱大大加宽(800~1 100 nm),从而提高泵浦效率。因此Er3+-Yb3+共掺杂光纤是一种很有前景的激光增益介质。

  进入20世纪90年代,各种锁模光纤激光器相继推出。利用非线性偏振旋转效应产生可饱和吸收机制的被动锁模激光器,其阈值低,结构简单,易于自启动。采用Er3+-Yb3+共掺杂,输出1.55μm的超短光脉冲,在时分复用光通信技术中具有重要的应用前景。

  国外有很多对Er-Yb共掺杂锁模激光器的研究报道。M.E.Fermann等人连续几年报道了Er-Yb共掺杂包层光纤锁模激光器;2001年,P.W.Turner等人用35 W,915 nm泵浦Er-Yb共掺光纤,Q调制获得15.55μJ的高能量脉冲激光运转;2004年,S.C.Zeller用短腔Er3+-Yb3+共掺杂被动锁模玻璃激光器获得50 GHz,2 ps的超短光脉冲,为超高速光通信提供了高速率的光源。日本目前有10个公司生产飞秒光纤激光器,Er3+-Yb3+共掺杂光纤是其中重要的一种。

  虽然Er-Yb共掺杂被动锁模激光在国内报道并不多,但掺Er、掺Yb的被动谐波锁模的研究成果时有报道。如林宏奂等人研究了掺Yb的被动谐波锁模激光器,观察到了4阶谐波锁模脉冲。中科院西安光机所利用掺Er被动锁模光纤激光器实现了高阶谐波锁模。更值得一提的是南开大学物理系在2006年,用6个LD同时泵浦Er-Yb光纤,用Sagnac环作为波长选择,当泵浦功率为719 mW时,锁模平均功率319 mW,重复频率7.937 MHz,脉冲峰功率大于10 W。

  在一个普通的光纤环形腔中,利用光纤的非线性偏振旋转效应,通过改变泵浦功率,精确调整偏振控制器,实现了基波和被动谐波锁模。对于高阶谐波锁模,不仅观察到了稳定的二阶、三阶谐波脉冲序列,而且在示波器上观察到谐波的相互转换、形成过程和更高阶的不稳定谐波序列脉冲;与此同时还实现了Q调制锁模和Q调制脉冲运转。文章介绍了这些实验结果并简单地分析了两种锁模原理。

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