全固型掺镱光子带隙光纤飞秒孤子激光器的研究

"全负色散的单根全固型掺镱光子带隙光纤飞秒孤子激光器，设计了一种采用半导体可饱和吸收镜(SESAM)实现被动锁模的激光技术，该激光器利用单根全固型掺镱光子带隙光纤(AS-Yb-PBGF)，在1 μm波段产生负群速度色散(GVD)，从而在腔内同时提供激光增益和负GVD。通过非线性效应与负GVD的平衡，实现了孤子运转。利用分步傅里叶方法进行了孤子动力学的数值模拟，产生了稳定脉冲。输出脉冲能量135 pJ，脉冲宽度125 fs，时间带宽乘积0.33，接近傅里叶变换极限，脉冲重复频率高达500 MHz。对整个激光器中孤子脉冲的动态演化进行了深入研究。" 在激光技术领域，全负色散的单根全固型掺镱光子带隙光纤飞秒孤子激光器是一种创新设计，它利用半导体可饱和吸收镜（SESAM）实现被动锁模机制，从而有效地控制激光的输出特性。这种激光器的独特之处在于，它仅仅依靠一根特殊的光纤——全固型掺镱光子带隙光纤（AS-Yb-PBGF）来完成激光增益和负群速度色散（GVD）的双重功能。在1微米波段，这种光纤的负GVD特性使得激光腔内的非线性效应与负GVD达到平衡，促成了孤子的形成和稳定运转。 孤子是一种特殊的光脉冲，由于其内部的非线性效应与色散相互抵消，可以在保持形状不变的情况下长距离传输，是飞秒激光技术中的关键元素。在本研究中，通过数值模拟（分步傅里叶方法）揭示了孤子形成和演化的动力学过程。初始的噪声信号在腔内经过数百次循环后，能够稳定地转化为孤子脉冲。激光器的输出表现出极高的性能，脉冲能量为135皮焦（pJ），脉冲宽度仅为125飞秒（fs），这使得时间带宽乘积达到0.33，非常接近傅里叶变换极限，意味着这些脉冲具有极高的时间分辨率。此外，脉冲的重复频率可以高达500兆赫兹（MHz），展示了高重复率的操作能力。 这项工作对于深入理解孤子光纤激光器的工作原理及其潜在应用具有重要意义，特别是在超快光学、精密测量、光通信和光学数据处理等领域。通过系统研究孤子脉冲在激光器内的动态行为，可以优化激光器设计，进一步提升其性能指标，为未来更高效、更稳定的孤子激光器开发奠定基础。