2、实验结构

　　被动锁模掺镱光纤环形激光器如图1所示， 是一个基于非线性偏振旋转实现被动锁模的典型设计。一段长度为2m、群速度色散系数是- 60ps/ ( nmkm) 的掺镱光纤( YDF) ， 一个980/ 1060nm波分复用耦合器( WDM) 用来将980nm抽运光耦合到掺镱光纤。一个偏振相关隔离器( PDI) 和两个偏振控制器( PC) 来实现激光器的单向运作和腔内激光光束的偏振调节。两个光纤耦合器用于激光输出， 一个30！70耦合器( 30%端口记为输出端口1) 位于YDF和偏振控制器( PC1) 之间， 为了研究腔内光弧子演变过程，故意插入了另一个10！90耦合器( 10%端口记为输出端口2) 接到PC2之后。除了2m长YDF， 激光腔内其他光纤均为标准1060nm单模光纤， 单模光纤总长度为3. 6m， 单模光纤在1060nm波长处群速度色散系数为- 38ps/ ( nm km) ， 计算得腔内总色散为0. 157ps2。

　　图1 全正色散被动锁模掺镱光纤激光器的实验结构示意图

　　3、实验结果及分析

　　虽然激光腔没有色散管理和用滤波器来补偿激光器的正常光纤色散， 调节偏振控制器， 激光器仍可产生输出稳定的啁啾脉冲。图2所示是抽运功率为226mW时， 典型的全正色散被动锁模耗散孤子脉冲的输出特性。图2( a) 是在对数坐标下从两个不同端口输出脉冲的光谱， 图2( b) 是从端口1输出脉冲在线性归一化坐标下的光谱。可以看到从两个端口的输出光谱都具有陡峭的光谱边沿， 这是全正色散激光器的典型特性。边沿至边带宽是14. 2nm。图2( c) 所示是对应的自相关曲线。假定脉冲具有高斯形轮廓， 脉冲宽度是10. 6ps， 时间带宽积是40. 3。图2( d) 所示是激光输出射频谱， 边带抑制比大于70dB， 从射频谱可以得到锁模激光脉冲的重复频率是34. 3MHz。从图2( a) ， ( c) 可以看出， 从输出端口1和端口2输出的脉冲光谱和形状差别很小。然而， 从图2( a) 可以看出从两个端口输出的脉冲强度则发生了急剧变化， 这两个输出端口一个在偏振相关隔离器前， 一个在偏振相关隔离器后， 可以推测偏振相关隔离器对啁啾脉冲具有压缩作用。

　　图2 全正色散被动锁模掺镱光纤激光器的输出特性。（a）从两个不同端口输出的光谱对比，（b）归一化线性坐标下端口1的输出光谱，（c）两个不同端口输出的自相关曲线，（d）200MHz范围内射频谱

　　实验中， 还研究了抽运功率和偏振对脉冲性能的影响， 实验结果如图3和图4所示。从图3( a) 中可以发现脉冲光谱边沿至边沿宽度随抽运功率的减小而变窄， 这表明增益饱和及增益窄化对脉冲的形成发挥了重要作用。锁模耗散孤子产生的阈值抽运功率是137mW。图3( b) 所示是不同抽运功率下的激光器输出脉冲平均功率。受使用的抽运激光器最大功率只有300mW的限制， 从输出端口1中获得的最大脉冲平均功率是37. 7mW， 相应的脉冲能量是1. 1nJ。与图3( a) 明显不同， 图4所示脉冲光谱包括光谱形状、中心波长和边沿至边沿带宽在偏振控制器调节后差异巨大。但是脉冲光谱仍然保留了全正色散激光器的一般特性， 即陡峭的光谱边沿， 这是偏振相关腔传输改变的结果。随后， 保持其他器件不变， 通过加长和缩短YDF 前的单模光纤( SMF) 长度来验证是否耗散锁模脉冲仍然可以产生。

　　图3 （a）脉冲光谱随抽运功率减小的变化，（b）不同抽运功率的激光器输出功率

　　图4 在另一个偏振态下耗散孤子脉冲光谱随抽运功率减小时的光谱变化