馮亞強,洪新華

（1.太原理工大學物理與光電工程學院,山西太原030024；2.河南科技學院,河南新鄉(xiāng)453003）

摻鉺環(huán)形光纖激光器暗脈沖產(chǎn)生實驗研究

馮亞強1,洪新華2

（1.太原理工大學物理與光電工程學院,山西太原030024；2.河南科技學院,河南新鄉(xiāng)453003）

基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模技術,在摻鉺環(huán)形光纖激光器中實驗實現(xiàn)暗脈沖的產(chǎn)生.研究表明：暗脈沖的產(chǎn)生與摻鉺環(huán)形光纖激光器的偏振控制器位置和抽運功率大小有密切的關系.暗脈沖的演化由光纖激光器增益與損耗的平衡引起.

環(huán)形光纖激光器；暗脈沖；非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模

基于被動鎖模的脈沖光纖激光器可以作為光纖通信系統(tǒng)的理想光源.近年來,許多研究者對其進行了廣泛研究[1-3].而被動鎖模作為一種全光非線性技術,它最大的特點是：在腔內(nèi)不需要用調(diào)制器之類的任何有源器件就可以實現(xiàn)超短脈沖的產(chǎn)生.常見的被動鎖模主要有：非線性偏振旋轉(zhuǎn)[4]、可飽和吸收體[5]、非線性光纖環(huán)境[6].在環(huán)形光纖激光器中可以產(chǎn)生亮脈沖[7]、暗脈沖[8].由于脈沖間存在相互作用,在環(huán)形激光器中有產(chǎn)生亮亮脈沖對、亮暗脈沖對、暗暗脈沖對的可能.隨著相關技術的發(fā)展,有研究者在環(huán)形激光器中研究了亮暗脈沖對[9-10].與亮脈沖相比,暗脈沖具有更好的抗損耗擾動[11]和抗相互作用[12]的特性,同時又由于它在傳播過程中具有很好的保形性,進而使得暗脈沖在長距離通信和傳感領域有很廣泛的應用前景.本文基于非線性偏轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)技術進行了摻鉺環(huán)形光纖激光器產(chǎn)生暗脈沖的實驗研究.

1 摻鉺環(huán)形激光器的實驗裝置

基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模的摻鉺環(huán)形激光器產(chǎn)生暗脈沖的實驗裝置如圖1所示.

摻鉺環(huán)形光纖激光器的抽運光源為980 nm的半導體激光器,輸出功率的最大值為250mW.在光纖激光器中,抽運光通過980/1 550 nm的波分復用器（WDM）耦合到摻鉺光纖（EDF）中.在實驗中,整個環(huán)形光纖激光器的腔長為20m,其中：EDF的長度為8m,單模光纖（SMF）的長度為12m.光隔離器（OI）用來保證光在環(huán)形腔中單向運行,偏振控制器（PC）用于控制環(huán)形腔中光的偏振態(tài).環(huán)形光纖激光器使用耦合比為90∶10的光耦合器（OC）作為它的輸出端,進而使得90%的光在環(huán)中繼續(xù)循環(huán)傳播,剩下10%的光用來探測激光器的輸出特性.實驗中使用2GHz帶寬的光電探測器和500MHz帶寬、5GS/s采樣率的實時示波器來探測激光器輸出的特性.

圖1 摻鉺環(huán)形光纖激光器產(chǎn)生暗脈沖的實驗裝置Fig.1 Experimentalsetup for dark pulsegeneration in erbium-doped fiber ring laser

2 摻鉺環(huán)形激光器產(chǎn)生暗脈沖實驗結(jié)果

在固定抽運電流不變的情況下,通過調(diào)節(jié)偏振控制器,使得激光器工作在暗脈沖狀態(tài).光纖激光器的輸出P-I曲線和光譜圖,如圖2所示.由2（a）可以觀察到,摻鉺環(huán)形光纖激光器的輸出功率隨著LD驅(qū)動源的電流變化情況,摻鉺環(huán)形光纖激光器的閾值電流是60mA.同時,由圖2（b）可以知道,激光器輸出的連續(xù)光波的波長是1 556 nm.

圖2 摻鉺環(huán)形光纖激光器輸出Fig.2 Theoutputof the erbium-doped fiber ring laser

在做實驗的過程中,先調(diào)試好,再通過改變偏振控制器的工作狀態(tài)和抽運電流的大小來研究摻鉺環(huán)形光纖激光器的輸出特性.當抽運電流保持不變,調(diào)節(jié)偏振控制器的工作狀態(tài)時,激光器輸出不同的動力學特性.圖3為抽運電流分別為370mA時,摻鉺環(huán)形光纖激光器輸出暗脈沖.

圖3 摻鉺環(huán)形光纖激光器暗脈沖輸出（抽運電流370m A）Fig.3 Dark pulsesoutputoferbium-doped fiber ring laserwith pump current370mA

由圖3可以看出,相鄰暗脈沖之間的間隔為T=98 ns.假設光在光纖中傳播的平均折射率n=1.46,光在真空中傳播的速度為c,根據(jù)經(jīng)計算可以得出光在摻鉺環(huán)形光纖激光器中運行的長度是20.1m,這與該環(huán)形光纖激光器的實際腔長相一致.在環(huán)形光纖激光器中,等強度暗脈沖的輸出周期性能很好地反映腔長信息,是環(huán)形激光器的特有性質(zhì).

當在抽運電流取不同的數(shù)值,且改變偏振控制器的位置時,還可以觀察到亮脈沖的輸出,如圖4所示.

圖4 摻鉺環(huán)形光纖激光器亮脈沖輸出Fig.4 Brightpulseoutputdynamicsoferbium-doped fiber ring laser

3 結(jié)論

本文基于非線性偏振鎖模技術在摻鉺環(huán)形光纖激光器中實驗獲得了暗脈沖的輸出.在實驗中觀察到：當固定抽運電流不變,改變偏振控制器的工作狀態(tài),摻鉺環(huán)形激光器可輸出單個暗脈沖.調(diào)節(jié)偏振控制器和抽運電流發(fā)生改變時,激光器的輸出狀態(tài)也會不同.實驗觀察到的等強度暗脈沖的輸出有明顯的周期性,且能很好地反映環(huán)形腔的腔長信息.

[1]Chernysheva M A,Krylov A A,Kryukov PG,et al.Nonlinear amplifying loop-mirror-based,mode-locked thulium-doped fiber laser[J].Browse Journalsand Magazines Technology Letters,2012,24（14）：1254-1256.

[2]Liu X L,WangH S,Yan ZJ,etal.All-fibernormal-dispersion single-polarization passivelymode-locked laserbased on a45°tilted fibergrating[J].Optics Express,2012,20（17）：19000-5.

[3]Liu X L,Wang YG,LiXH,etal.Thegeneration ofdissipative solitons in an all-fiberpassivelymode-locked laserbased on semiconductingwall-paper carbon nanotubes[J].Optical Fiber Technology,2013,19：200-205.

[4]Liu SN,Fu M T,Perry S,et al.A pump power controlled 1 060 nm multiwavelength fiber ring laser using nonlinear polarization rotation ofSOA[J].Applied Physics B,2013,110：445-449.

[5]Okhotnikov O G,Jouhti T,Konttinen J,et al.1.5-μm monolithic GaInNAs semiconductor saturable-absorbermode locking of an erbium fiber laser[J].Optics Letters,2003,28（5）,364-366.

[6]Zhao LM,Bartnik A C,TaiQQ,et al.Wise Generation of8 nJpulses from a dissipative-soliton fiber laserwith a nonlinearoptical loopmirror[J].Optics Letters,2013,38（11）：1942-1944.

[7]Yang L Z,Zhu JF,Qiao ZD,et al.Periodic intensity variations on the pulse-train ofa passivelymode-locked fiber ring laser[J]. OpticsCommunications,2010,283（19）：3798-3802.

[8]LiH P,Xia H D,Jing Z,etal.Dark pulse generation in a dispersion_managed fiber laser[J].Laser Physics,2012,22（1）：261-264.

[9]Wang H Y,XuW C,CaoW J,et al.Experimentalobservation ofbrightdark pulse emitting in an all_fiber ring cavity laser[J].Laser Physics,2011,22（1）：282-285.

[10]Meng Y C,Zhang SM,LiH F,et al.Bright-dark soliton pairs in a self-mode locking fiber laser[J].Optical Engineering,2012,51（6）：064302.

[11]Lisak M,Anderson D,Malomed B A.Dissipative damping of dark solitons in optical fibers[J].Optics Letters,1991,16（24）：1936-1937.

[12]ZhaoW,BourkoffE.Interactionsbetween dark solitons[J].Optics Letters,1989,14（24）：1371-1373.

（責任編輯：盧奇）

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

國家自然科學基金資助課題（61107033）

馮亞強（1972-）男,山西臨汾人,工程師.主要從事非線性動力學特性理論研究.