掺铒环形光纤激光器暗脉冲产生实验研究

冯亚强,洪新华

（1.太原理工大学物理与光电工程学院,山西太原030024；2.河南科技学院,河南新乡453003）

掺铒环形光纤激光器暗脉冲产生实验研究

冯亚强1,洪新华2

（1.太原理工大学物理与光电工程学院,山西太原030024；2.河南科技学院,河南新乡453003）

基于非线性偏振旋转锁模技术,在掺铒环形光纤激光器中实验实现暗脉冲的产生.研究表明：暗脉冲的产生与掺铒环形光纤激光器的偏振控制器位置和抽运功率大小有密切的关系.暗脉冲的演化由光纤激光器增益与损耗的平衡引起.

环形光纤激光器；暗脉冲；非线性偏振旋转锁模

基于被动锁模的脉冲光纤激光器可以作为光纤通信系统的理想光源.近年来,许多研究者对其进行了广泛研究[1-3].而被动锁模作为一种全光非线性技术,它最大的特点是：在腔内不需要用调制器之类的任何有源器件就可以实现超短脉冲的产生.常见的被动锁模主要有：非线性偏振旋转[4]、可饱和吸收体[5]、非线性光纤环境[6].在环形光纤激光器中可以产生亮脉冲[7]、暗脉冲[8].由于脉冲间存在相互作用,在环形激光器中有产生亮亮脉冲对、亮暗脉冲对、暗暗脉冲对的可能.随着相关技术的发展,有研究者在环形激光器中研究了亮暗脉冲对[9-10].与亮脉冲相比,暗脉冲具有更好的抗损耗扰动[11]和抗相互作用[12]的特性,同时又由于它在传播过程中具有很好的保形性,进而使得暗脉冲在长距离通信和传感领域有很广泛的应用前景.本文基于非线性偏转旋转技术进行了掺铒环形光纤激光器产生暗脉冲的实验研究.

1 掺铒环形激光器的实验装置

基于非线性偏振旋转锁模的掺铒环形激光器产生暗脉冲的实验装置如图1所示.

掺铒环形光纤激光器的抽运光源为980 nm的半导体激光器,输出功率的最大值为250mW.在光纤激光器中,抽运光通过980/1 550 nm的波分复用器（WDM）耦合到掺铒光纤（EDF）中.在实验中,整个环形光纤激光器的腔长为20m,其中：EDF的长度为8m,单模光纤（SMF）的长度为12m.光隔离器（OI）用来保证光在环形腔中单向运行,偏振控制器（PC）用于控制环形腔中光的偏振态.环形光纤激光器使用耦合比为90∶10的光耦合器（OC）作为它的输出端,进而使得90%的光在环中继续循环传播,剩下10%的光用来探测激光器的输出特性.实验中使用2GHz带宽的光电探测器和500MHz带宽、5GS/s采样率的实时示波器来探测激光器输出的特性.

图1 掺铒环形光纤激光器产生暗脉冲的实验装置Fig.1 Experimentalsetup for dark pulsegeneration in erbium-doped fiber ring laser

2 掺铒环形激光器产生暗脉冲实验结果

在固定抽运电流不变的情况下,通过调节偏振控制器,使得激光器工作在暗脉冲状态.光纤激光器的输出P-I曲线和光谱图,如图2所示.由2（a）可以观察到,掺铒环形光纤激光器的输出功率随着LD驱动源的电流变化情况,掺铒环形光纤激光器的阈值电流是60mA.同时,由图2（b）可以知道,激光器输出的连续光波的波长是1 556 nm.

图2 掺铒环形光纤激光器输出Fig.2 Theoutputof the erbium-doped fiber ring laser

在做实验的过程中,先调试好,再通过改变偏振控制器的工作状态和抽运电流的大小来研究掺铒环形光纤激光器的输出特性.当抽运电流保持不变,调节偏振控制器的工作状态时,激光器输出不同的动力学特性.图3为抽运电流分别为370mA时,掺铒环形光纤激光器输出暗脉冲.

图3 掺铒环形光纤激光器暗脉冲输出（抽运电流370m A）Fig.3 Dark pulsesoutputoferbium-doped fiber ring laserwith pump current370mA

由图3可以看出,相邻暗脉冲之间的间隔为T=98 ns.假设光在光纤中传播的平均折射率n=1.46,光在真空中传播的速度为c,根据经计算可以得出光在掺铒环形光纤激光器中运行的长度是20.1m,这与该环形光纤激光器的实际腔长相一致.在环形光纤激光器中,等强度暗脉冲的输出周期性能很好地反映腔长信息,是环形激光器的特有性质.

当在抽运电流取不同的数值,且改变偏振控制器的位置时,还可以观察到亮脉冲的输出,如图4所示.

图4 掺铒环形光纤激光器亮脉冲输出Fig.4 Brightpulseoutputdynamicsoferbium-doped fiber ring laser

3 结论

本文基于非线性偏振锁模技术在掺铒环形光纤激光器中实验获得了暗脉冲的输出.在实验中观察到：当固定抽运电流不变,改变偏振控制器的工作状态,掺铒环形激光器可输出单个暗脉冲.调节偏振控制器和抽运电流发生改变时,激光器的输出状态也会不同.实验观察到的等强度暗脉冲的输出有明显的周期性,且能很好地反映环形腔的腔长信息.

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（责任编辑：卢奇）

Generation of dark pulses in the erbium-doped fiber ring laser

Feng Yaqiang1,Hong Xinhua2
（1.CollegeofMathmatics,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China；2.Henan Institute ofScienceand Technology,Xinxiang453003,China）

The generation of the dark pulses was experimentally investigated in an erbium-doped fiber ring laser based on nonlinear polarization rotation technique.Itwas found that the dark pulseswere related to orientation of the polarization controllers of the fiber ring laser.The evolution mechanism of dark pulses is caused by the modulation instability and the balance between gain and loss in the fiber ring laser.

fiber lasers；dark pulse；nonlinear polarization rotation

TN25

A

1008-7516（2013）04-0035-03

10.3969/j.issn.1008-7516.2013.04.009

2013-05-30

国家自然科学基金资助课题（61107033）

冯亚强（1972-）男,山西临汾人,工程师.主要从事非线性动力学特性理论研究.