本文介紹了Er3+-Yb3+共摻雜光纖作為增益介質的環型腔光纖激光器。利用光纖的非線性偏振旋轉效應產生可飽和吸收體的鎖模機制,通過調整泵浦功率,調節偏振控制器的狀態,實現了連續基波鎖模和高階諧波鎖模兩種穩定的鎖模運轉狀態。其中連續基波鎖模重復頻率15.89 MHz,中心波長為1.557 nm,光譜寬度為9.9 nm。二階諧波鎖模重復率為31.79 MHz,三階諧波鎖模脈沖重復率為46.99 MHz。觀察到了調Q鎖模和調Q脈沖序列,給出了各種運轉狀態的實驗結果并對多種鎖模機理作了簡要的分析。
在Er3+-Yb3+共摻雜光纖激光器中,Yb3+離子的摻入既可解決高濃度Er3+帶來的濃度猝滅效應,提高了泵浦功率,又可以使吸收譜大大加寬(800~1 100 nm),從而提高泵浦效率。因此Er3+-Yb3+共摻雜光纖是一種很有前景的激光增益介質。
進入20世紀90年代,各種鎖模光纖激光器相繼推出。利用非線性偏振旋轉效應產生可飽和吸收機制的被動鎖模激光器,其閾值低,結構簡單,易于自啟動。采用Er3+-Yb3+共摻雜,輸出1.55μm的超短光脈沖,在時分復用光通信技術中具有重要的應用前景。
國外有很多對Er-Yb共摻雜鎖模激光器的研究報道。M.E.Fermann等人連續幾年報道了Er-Yb共摻雜包層光纖鎖模激光器;2001年,P.W.Turner等人用35 W,915 nm泵浦Er-Yb共摻光纖,Q調制獲得15.55μJ的高能量脈沖激光運轉;2004年,S.C.Zeller用短腔Er3+-Yb3+共摻雜被動鎖模玻璃激光器獲得50 GHz,2 ps的超短光脈沖,為超高速光通信提供了高速率的光源。日本目前有10個公司生產飛秒光纖激光器,Er3+-Yb3+共摻雜光纖是其中重要的一種。
雖然Er-Yb共摻雜被動鎖模激光在國內報道并不多,但摻Er、摻Yb的被動諧波鎖模的研究成果時有報道。如林宏奐等人研究了摻Yb的被動諧波鎖模激光器,觀察到了4階諧波鎖模脈沖。中科院西安光機所利用摻Er被動鎖模光纖激光器實現了高階諧波鎖模。更值得一提的是南開大學物理系在2006年,用6個LD同時泵浦Er-Yb光纖,用Sagnac環作為波長選擇,當泵浦功率為719 mW時,鎖模平均功率319 mW,重復頻率7.937 MHz,脈沖峰功率大于10 W。
在一個普通的光纖環形腔中,利用光纖的非線性偏振旋轉效應,通過改變泵浦功率,精確調整偏振控制器,實現了基波和被動諧波鎖模。對于高階諧波鎖模,不僅觀察到了穩定的二階、三階諧波脈沖序列,而且在示波器上觀察到諧波的相互轉換、形成過程和更高階的不穩定諧波序列脈沖;與此同時還實現了Q調制鎖模和Q調制脈沖運轉。文章介紹了這些實驗結果并簡單地分析了兩種鎖模原理。
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