锁模光纤激光器
激光的调Q与锁模
03 锁模技术
锁模技术的原理
锁模技术是一种控制激光脉冲宽度和重复频率的方法，通过在激光振荡 过程中引入周期性的相位调制，使得激光脉冲在时间上被压缩和固定。
锁模技术利用了激光的相干性，通过在激光腔内引入一个或多个调制器， 对激光的相位进行调制，使得激光脉冲在时间上呈现出周期性的变化。
锁模技术
通过在激光器中引入光学反馈，使激光器的多个纵模同时振荡并保持相位锁定状 态。通过控制反馈强度和频率，可以调节脉冲宽度和重复频率，从而实现超短脉 冲激光输出。
技术特点的比较
调Q技术
调Q激光器结构简单，脉冲能量较高 ，但脉冲宽度较大，通常在毫秒量级 。调Q技术适用于需要高功率脉冲激 光的场合，如材料加工、医疗美容等 。
激光的调q与锁模
目录
• 激光基础知识 • 调Q技术 • 锁模技术 • 调Q与锁模技术的比较 • 调Q与锁模技术的发展趋势
01 激光基础知识
激光原理简介
激光原理
激光是受激发射放大原理产生的相干光。在激光器中，通过外部激励源激发原 子或分子从低能态跃迁到高能态，再通过受激辐射放大实现光的放大。
激光产生过程
随着超快激光技术的进步，锁模技术能够实现更短脉冲宽度和更高重复频率的激光输出， 为科学研究、工业应用等领域提供更多可能性。
锁模技术的集成化与小型化
为了满足不同应用场景的需求，锁模技术将进一步实现集成化和小型化，便于携带和使 用。
锁模技术在光通信、光谱分析等领域的应用拓展
锁模技术能够产生超短脉冲激光，具有极高的时间分辨率和光谱分辨率，因此在光通信、 光谱分析等领域具有广泛的应用前景。
光纤激光器的特点与应用
光纤激光器的特点与应用光纤激光器是在EDFA技术基础上发展起来的技术。
近年来，随着光纤通信系统的极大的应用和发展，超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。
光纤激光器在降低阂值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步。
它是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。
1.光纤激光器工作原理光纤激光器主要由三部分组成:由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和可使激光介质处于受激状态的泵浦源装置。
光纤激光器的基本结构如图1所示。
掺稀土元素的光纤放大器推动了光纤激光器的发展，因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。
当泵浦光通过光纤中的稀土离子时，就会被稀土离子所吸收，这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，从而实现离子数反转。
反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态，并且释放出能量，完成受激辐射。
从激发态到基态的辐射方式有两种，即自发辐射和受激辐射，其中受激辐射是一种同频率、同相位的辐射，可以形成相干性很好的激光。
激光发射是受激辐射远远超过自发辐射的物理过程，为了使这种过程持续发生，必须形成离子数反转，因此要求参与过程的能级应超过两个，同时还要有泵浦源提供能量。
光纤激光器实际上也可以称为是一个波长转化器，通过它可以将泵浦波长光转化为所需的激射波长光。
例如掺饵光纤激光器将980nm的泵浦光进行泵浦，输出1550nm的激光。
激光的输出可以是连续的，也可以是脉冲形式的。
光纤激光器有两种激射状态，三能级和四能级激射。
三能级和四能级的激光原理如图2所示，泵浦(短波长高能光子)使电子从基态跃迁到高能态E4或者E3，然后通过非辐射方式跃迁过程跃迁到激光上能级E43或者E3 2，当电子进一步从激光上能级跃迁到下能级E扩或者E3，时，就会出现激光的过程。
《光纤激光器》PPT课件 (2)
光纤激光器根本原理
光纤激光器和其他激光器一样，由能产生光子的增益介 质，使光子得到反响并在增益介质中进展谐振放大的光 学谐振腔和鼓励光跃迁的泵浦源三局部组成。
光纤激光器的开展
1985年英国南安普敦大学的研究组取得突出成绩。他 们用 MCVD方法制作成功单模光纤激光器 ,此后他们先后 报道了光纤激光器的调Q、锁模、单纵模输出以及光纤放 大方面的研究工作。英国通信研究实验室(BTRL )于 1987 年展示了用各种定向耦合器制作的精巧的光纤激光器装置, 同时在增益和激发态吸收等研究领域中也做了大量的根底 工作,在用氟化锆光纤激光器获得各种波长的激光输出谱线 方面做了开拓性的工作。世界上还有很多研究机构活泼在 这个研究领域 ,如德国汉堡技术大学 ,日本的 NTT、 三菱 , 美国的 贝尔实验室 ,斯坦福大学等。
共振腔还有另一个作用：在共振腔内形成的受激光一 局部通过共振腔端面发射出去成为受激光发射，另外一局 部被端面反射回来，在共振腔内继续激发出受激辐射。所 以，只要在共振腔内的激光材料始终保持粒子数反转条件， 就可以获得连续的受激光发射。
3．功率源
为了使激光器产生激光输出，必须使共振腔中 激光材料的增益到达阈值增益，也就是说要使粒子 数反转到达一·定的程度，称为阈值反转密度。
Er3+(4F13/2—4I15/2)有1.54 m发射谱线，与Nd激光 器一样，用0.514 m的激光泵浦，便可产生振荡，其荧 光光谱有1.534和1.549 m峰，寿命8—12ms。 Er激光 为三能级激光，因此用块状材料实现连续振荡比较困难， 但用纤维激光器，可实现空运连续振荡，阈值30mw左右。 插入衍射光栅，也可在1.53—1.55 m范围内实现波长可
韩国研制成功基于SWCNT的全光纤飞秒锁模激光器
降低 了光 纤 的损 伤 阈值 ，使 得 光 纤性 能 下 降 。文 章 研 究人 员 为 了
解 决 以上 问题 ，利 用 一段 空 心光
Ｓ Ｎ ）的全光纤 飞秒激光 器 。 ＷＣ Ｔ
纤 ．灌 入 Ｓ Ｎ ＷＣ Ｔ溶 液 ，再 烘 干
得 到 了一 段 特 殊 的 Ｓ Ｎ ＷＣ Ｔ光 纤 （ 为填 充 碳 纳 米管 的空 心光 纤 ， 称
记 为 Ｓ Ｎ — ｌ ｄＨ Ｆ 。 以 该 ＷＣ Ｔ ｆｌ Ｏ ） ｉｅ 光纤 为 锁 模 器件 实 现 了全 光 纤 锁
研 究人员 近来对 Ｓ Ｎ ＷＣ Ｔ进 行 了深入 而 广 泛 的研 究 。 因为具 有 良好 的光 学 、 电学 和材 料 特 性 使其 在 光 电应 用 领 域具 有 巨大 的 应 用 潜 力 。 比较 值 得 一 提 的 是 Ｓ Ｎ ＷＣ Ｔ的三 阶 非线 性 系数 较 大 ，
途 ．生产 阻燃 面 料 ，二氧 化 碳 捕
器 中 已有 以下 几 种 途径 ：一 种 是 ６ 日表 示 ．他 们 开 发 出 了宽 度 仅
将Ｓ 发 直径 １ ００ ０的 “ ／ ０ ５ 纳
ｗ ｗ ｗ ｏｍ
． ．
ｅ ｎｆ ｉ ｏ
．
另一 个 伟 大 的壮 举 是 。新技 术 已经 能 够在 相 对共 同 的环 境 条 件 下使 用 ，甚 者 该技 术 每 项 过 程
都 能在 该条 件 下 轻松 进 行 。这 意 味 着在 产 品生 产 出来 期 间 ，科 学 家将 更 容 易地 控 制 生产 环 境 ，这 在 纳米 技术 生 产 领域 是 很 难 看 到 的 。通 常情 况 下 ，这 种 规 模 的 粒 子 和 电子管 都 会 有所 增 大 ，该 过 程 只能通 过外 部 因素轻 度影 响 。 研 究人 员 说 ，小组 的这 项 新 成就在不久 的将来可用 于医院 。 由于其 纳 米结 构 ，玻璃 纳 米 纤 维 的多种 生 物 活性 将 更 富 弹性 ，更 耐 用 ，这 意 味着 它 可 以促 进 骨 骼 再 生 。根 据 以往 的研究 ，新 的骨
基于SOA的主动锁模环行光纤激光器的数值研究
ｌ鲁 ０ ｚ）ｉ （一ｊ Ⅳ △
ｇ
㈩
式 （ ） △ Ｊ 调 制 Ｓ Ａ 的 每一 小 段 的长 度 ， ¨ ５ 中 ，是 Ｏ Ｐ 一
输 出端输 出重 复频 率 为 的稳 定 的 锁 模 光 脉 冲 。
工作具 有 一定 的指 导意义 。
１ 实验 模型
图 １给 出了主动 锁模 环行 光纤激 光器 的结构 示
源 ， 可 以输 出高重 复 频 率 的近 变 换 极 限 的超 短 光 它 脉冲 －１ １３。通常 一个 主动 锁模 光纤激 光器 主 要是 由 强 度调 制器 、 增益 介 质 及 滤 波 器 构成 。然 而一 般 的
第 １ ２卷
第１ ９期
２ １ ７月 ０ ２年
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ １ １ Ｎｏ １ Ｊ １ ０１ ｏ． ２ ．９ ｕ ．２ ２
１ ７ — １ １ （ ０１ １ — ６ ７ ０ ６ １ ８ ５ ２ ２） ９ ４ ４ — ４
Ｓ ｅ ｃ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ｃｉｎ ｅ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｇｎｅ ｒｎ
＠
２ １ Ｓｉ ｅｈ Ｅ ｇｇ ０ ２ ｅ． ｃ ． ｎｒ． Ｔ
基 于 Ｓ Ａ的主 动 锁模 环 行 光 纤 Ｏ 激 光 器 的数 值 研 究
杨 文艳 董晓龙 唐海燕
（ 庆 科 技 学 院 数 理 学 院 ， 庆 ４ １３ ） 重 重 ０ ３ １
摘
要 对基于 Ｓ Ａ的主动锁模 环行光纤激光器模 型进 行 了研 究， 虑 了半 导体光 放大器 的材料增 益谱 、 Ｏ 考 载流子 的 空间分
全光纤主动锁模2μm掺铥脉冲激光器
图 １ 腔 内调 制 掺 铥 光 纤 激 光 器 结 构 图
图 ２ 主动 锁 模 稳 定 脉 冲波 列 （ 插 图 中为 单 个 脉 冲 波 形 ）
该 线性 腔 的纵模 间隔 △ 。 ＝ ： ＝ ｃ ／ ２ ｎ Ｌ， Ｌ（ 约 ８ ． ２ ２ ｍ） 是 激 光腔 长 ， ｔ ／ ＇ （ 约 １ ． ４ ５ ） 是纤 芯 折射 率 ， Ｃ 是 真 空 中光
ｔ ｉ ｍｅ ｄ ｅ ｌ ａ ｙ ／ ａ ｓ
Ｆｉ ｇ ． １ Ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ ｏ ｆ ｉ ｎ ｔ ｒ ａ ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ ｍｏ ｄ ｕｌ ａ ｔ ｅ ｄ Ｔｍ— ｄｏ ｐ ｅ ｄ ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ
Ｆｉ ｇ ． ２ Ｓｔ ａ ｂ ｌ ｅ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｐｕ ｌ ｓ ｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｏｆ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍｏ ｄ ｅ — ｌ ｏ ｃ ｋｉ ｎ ｇ （ ｉ ｎ ｓ ｅ ｔ ｉ ｓ ｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ）
第 ２ ５卷 第 １ ０期 ２ ０ １ ３年 １ ０月
Er 3+-Yb 3+共掺杂光纤环型腔被动谐波锁模激光器
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 １ ． ９Ｍ Ｈｚ 中 心 波 长 为 １ ５ ７ｒ 光 谱 ５ ８ ， ． ５ ｉ ｍ，
宽 度 为 ９ ９ｎ ． ｍ。二 阶谐 波 锁 模 重 复率 为 ３ ． ９ＭＨｚ三 阶 谐 波 锁 模 脉 冲 重 复 率 为 ４ ． ９Ｍ Ｈｚ 观 察 到 了 调 Ｑ １ ７ ， ６ ９ 。
摘
要 ： 报 道 了 Ｅ 一 ” 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 ｒ Ｙｂ
转 效 应 产 生 可 饱 和 吸 收 体 的 锁 模 机 制 ， 过 调整 泵 浦 功 率 ， 节 偏 振 控 制 器 的 状 态 ， 现 了连 续 基 波 锁 模 和 高 通 调 实
Ｅ ３ － ｂ＋共掺 杂 光 纤 环 型 腔 被 动谐 波锁 模 激 光 器 ｒ＋ Ｙ ３
向望华， 李 楠， 崔 字， 任 芳， 白扬博 ， 张贵 忠
（ 津 大 学 精 密仪 器 与光 电子 工 程 学 院 ，教 育 部 光 电 信 息 技 术 科 学 重 点 实 验 室 ，天 津 ３ ０ ７ ） 天 ０ ０ ２
阶谐波 锁模 ， 不仅 观察 到 了稳 定 的二 阶 、 阶谐 波脉 冲序 列 ， 三 而且 在示 波器 上观 察到谐 波 的相互 转 换 、 成过 程 形 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 。
器 ， ｒ＋ Ｙｂ 共掺 杂光 纤是其 中重要 的一 种 。 Ｅ３ ＿ 。
非线性偏振旋转锁模掺铥光纤激光器的多孤子输出理论研究
非线性偏振旋转锁模掺铥光纤激光器的多孤子输出理论研究曾圆果;王丰;李旭
【期刊名称】《科学技术创新》
【年(卷),期】2024()13
【摘要】本文研究探讨了在非线性偏振旋转锁模掺铥光纤激光器中,孤子分子和类噪声脉冲的演化特性。
理论研究表明,当激光器在负色散条件下工作且腔内参数得到恰当配置时,能够稳定产生锁模孤子脉冲。
通过细调腔内的偏振状态并适度增加泵浦功率,可以实现孤子分子的输出。
继续调整腔内条件,还能够获得类噪声脉冲。
泵浦功率和偏振控制器的调整,通过改变腔内增益,成为产生多种多孤子模式的关键因素。
这一发现为深入理解负色散区域内2μm波段锁模掺铥光纤激光器产生多孤子动态特性提供了有价值的参考。
【总页数】4页(P221-224)
【作者】曾圆果;王丰;李旭
【作者单位】黑龙江科技大学理学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN248
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