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环形腔光纤激光器中光谱边带不对称性特性研究

2013-03-21 14:50
论恒
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  本文理论分析了环形腔锁模光纤激光器中光谱边带不对称性产生的物理机制,实验中搭建了环形腔被动锁模光纤激光器平台,通过调节偏振控制器,在L波段获得了明显不对称的边带光谱。实验结果表明,光谱不对称性主要存在两方面的明显特点:1)强度不对称性,最明显时正二级的强度比负二级的强度高14. 28dBm;2)数量不对称性,最明显时正级数量要比负级数量多5个。通过对光谱边带不对称性物理机制的分析对如何消除边带效应以获得理想的孤子脉冲具有重要的指导意义。

  自从1550nm光通信窗口打开以来,光纤通信向着远距离、高容量的方向发展,该发展趋势对激光光谱的平滑程度以及脉冲前后沿的非重叠性无疑提出了更高的要求。而在超短脉冲掺铒光纤激光器实验中,产生的光谱总伴随着边带。光谱边带一方面使光谱的主脉冲能量减少,另一方面使激光器输出脉冲的频谱质量发生劣化,容易使信号之间产生串扰,从而直接影响激光器在长距离光纤通信系统的应用。因此,如何获得无光谱边带的超短脉冲是近年来非线性光纤光学研究领域中一个重要的研究课题。

  对光谱边带的研究国内并不多。国外从20世纪80年代开始就有人提出了光谱边带的问题,但是在整个80年代,对于边带的产生原因、不对称性机理、如何消除边带等仍处于探索研究阶段。1982年R. H. Stolen等对双折射光纤中光脉冲以不同的角度入射时对脉冲整形效应做了初步的研究,环形腔光纤激光器中光谱边带不对称性特性研究后的边带不对称性研究奠定了理论基础。1991年N. Pandit 等将边带不对称性的起因归结于拉曼散射效应,较长波长低频率范围内的边带产生是由于较短波长高频率的孤子放大作用引起的。1994年D. U. Noske等提出了调制不稳定性会产生光谱边带的不对称性。W. S. Man等将光谱边带不对称性解释为环形腔内双折射效应产生不同的光谱滤波效果所致。2007年叶辉等利用飞秒脉冲光谱边带效应测量了光纤色散,获得了满意的结果。在文献[11]的基础上进一步研究环形腔光纤激光器中激光光谱边带不对称性特性,分析光谱边带产生的物理机制以及如何消除边带成分以获得理想的孤子脉冲。

  1、理论分析

  边带的形成是由于光在激光腔中运转经过光纤耦合器输出的损耗与在掺铒光纤中的增益放大导致激光腔中脉冲能量与峰值功率的周期性扰动,形成孤子并泄露出色散波,而该孤子和泄露出的色散波达到干涉相长的条件时,即在该处形成边带,表示为

  β(ω0) +β1δω+ks - β(ω0 +δω) L =2πm,       (1)

  式中m为整数,β(ω0 +δω) 是色散波的传播常数, ks是孤子波数。即只要(1) 式中满足m是整数时,左右等式成立,一个级数的边带即可产生。

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