中
国
激
光
部分透过 率 小
这 就 是 非 线 性 光 环 镜
的
工作原理
在具体 实施上
一般采用 分 光比差别 较
大的光纤耦合器
同时在环路内加入几十
甚至上百
米的 光 纤
使 得 顺
逆 时 针 光 积 累 足 够 的 相 位 差
的实施还有一种变形方式
被称为非线性放
大环镜
它 的 原 理 是 在 环 路 内 加 入 一 段
增益介质
其 位 置 通 常 偏 向 环 路 内 的 一 侧
在 图
的例子里
方向的光被放大以后会在一段较长的
光纤内传输 积 累 非 线 性 相 移
而
方 向 的 光 被 放
大以后会在一段较短的光纤内传输
所以相比于相
同环路长度 的
这 种
结 构 更 容 易 积
累非线性相移差
可 以 使 用 分 光 比 差 别 较
小的耦合器
比如
甚至
增加等效 可
饱和吸收体的调制 深度
同时环路 内 的光纤长 度 也
可以大大缩短
如此 便 可以实现 较 高重复频 率 的超
快光纤激光器
图
非线性环镜结构示意图
假设光从端口
入射到环内
经过环路以后
端
口
与
的输出光可以表示为
E
=
E
×
α
-
α
+
-
α
E
×
n
L
λ
E
=
E
-
α
-
α
+
-
α
E
×
n
L
λ
式中
E
为入射光的强度
n
为非 线性克尔系 数
L
为环路内光 纤 的 长 度
λ
为 入 射 光 的 波 长
不 难 发
现
当入射光强度满足条件
n
E
L
λ
=
m
-
α
且当
m
为偶数时
端口
会获得最大 反射率
而
m
为奇数时
端口
会 获 得 最 大 透 射 率
八 字 腔
图
与九字腔
图
分 别 对 应 出 射 口 为 端 口
与
的 两 种 情 况
假 设 耦 合 器 的 分 光 比 为
则根据
式 可 以 得 到 光 经 过 环 路 以 后
在端口
与
的反射率
透射率与环 内线性相移 差
的关系
如 图
所 示
其 中
φ
代 表 线 性 相 移 差
φ
代表非线 性 相 移 差
代 表 波 分 复 用 器
当非 线 性 相 移 差 接 近
时
对 应 的 就 是 连 续 光
工作的状态
当非 线 性 相 移 差 为 某 个 明 显 大
于
的 值 时
对 应 的 就 是 脉 冲 光 工 作 的 状 态
可
见
对于八字腔 而 言
的 透 射 率
图
中 的
点
比脉冲光低
而 九 字 腔 的
反 射 率
图
中的
点
比 脉 冲 光 高
所 以 在 不 存 在 线 性
相移的条 件 下
八 字 腔 相 较 于 九 字 腔 更 适 合 作 为
锁模激 光 器 的 等 效 可 饱 和 吸 收 体
但 是
被 动 式
锁模光纤激 光器的 自 启 动 一 般 是 通 过 在 腔 内 产 生
一定强度 的 巨 脉 冲 来 实 现 的
而 这 种 巨 脉 冲 的 产
生与腔内初 始
的 强 度 有 关
八 字 腔 的
损
耗特别大
所 以 导 致 这 种 结 构 下 的 锁 模 脉 冲 极 难
自启
解 决 自 启 动 问 题 的 方 法 主 要 包 括
在
环路的 入 射 端 以 及 环 内 加 入 偏 振 控 制 器
内外环分别 加入一 个 增 益
引 入 相 位 偏 置 器
其中
引入 相 位 偏 置 器 的 方 法 相 比 于 其 他 两 种 方
法具有结构 简单
可 实 现 全 保 偏 结 构 等 优 势
所 以
受到了越来 越多的关注
相位偏置器原理的实质是在环内加入一个线性
相移
θ
即在上述
式与
式中将
项修改为
θ
+
-
α
E
×
n
L
λ
对于八字腔 而 言
通 过 加 入 正 的 线 性 相 移
图
中以
为例
可以使
的透射率适当增大
从
而增加巨脉冲出现的概率
达到自启动的目的
图
中
点
同时锁模脉冲的透射率
图
中
点
始终比
的透射率高
使得激光器会选择脉
冲模式来工作
对于九字 腔 而言
通过加入 负 的线
性相移
图
中以
为例
可以使
的反
射率离开最高点
处在比锁模脉冲反射率
图
中的
点
低的位置
图
中的
点
使得九
字腔激光器也能工作在锁模状态