提出并演示了一種基于聲光調(diào)制器（AOM）主動(dòng)調(diào)Q的環(huán)形腔雙包層光纖激光器獲得窄線寬、窄脈寬和高重復(fù)頻率激光脈沖的方法。通過在腔內(nèi)采用以雙包層增益光纖作為輸入尾纖的泵浦剝離器來縮短腔長,可以降低增益光纖正向放大自發(fā)輻射（ASE）的反射,抑制其ASE的增益自飽和效應(yīng),使腔內(nèi)有效增益增大,窄線寬調(diào)Q脈沖可在環(huán)形腔中快速建立,從而不僅可使調(diào)Q脈沖脈寬變窄,還允許其重復(fù)頻率大幅提升。在7 W泵浦功率下,所提出的調(diào)Q光纖激光器獲得了線寬和脈寬分別窄至0.16 nm和10.4 ns、重復(fù)頻率高達(dá)150 kHz的調(diào)Q激光脈沖。 

【文章來源】：中國激光. 2020,47(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

AOM主動(dòng)調(diào)Q雙包層光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖

圖5為實(shí)驗(yàn)測得的圖1所示光纖激光器輸出調(diào)Q脈沖的脈寬、能量與重復(fù)頻率之間的關(guān)系,其中,泵浦光功率保持為7 W,而給定不同調(diào)制頻率下的占空比則由1\:1減小至恰好能消除脈沖缺失現(xiàn)象、且經(jīng)單一腔循環(huán)就能基本實(shí)現(xiàn)腔倒空所對應(yīng)的占空比。可見:調(diào)Q激光器的重復(fù)頻率在10～150 kHz范圍內(nèi)可調(diào),當(dāng)重復(fù)頻率較低時(shí),輸出脈沖能量較大,在10 kHz重復(fù)頻率下,單脈沖能量可達(dá)130 μJ,但在10～150 kHz重復(fù)頻率范圍內(nèi),輸出平均功率均大于1.3 W,并且脈寬處在9.6～10.4 ns之間,最窄脈寬為9.6 ns,脈沖與脈沖間的強(qiáng)度波動(dòng)小于2%。此外,盡管隨著調(diào)Q脈沖重復(fù)頻率的降低,脈沖線寬會因光纖非線性而輕微展寬[24],但在10～150 kHz范圍內(nèi),調(diào)Q脈沖的3 dB線寬均小于0.18 nm。4 結(jié) 論

由圖2(a)還可看出,在7 W泵浦功率和1\:1占空比的10 kHz方波調(diào)制下,脈沖建立時(shí)間為220 ns,比Q開關(guān)打開持續(xù)時(shí)間50 μs小約兩個(gè)量級,這意味著可通過減小占空比來提升增益光纖的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)度積累,進(jìn)而獲取更窄的脈沖[14]。圖2(b)為7 W泵浦光功率下調(diào)制方波占空比分別降至1\:2、1\:5和1\:10時(shí)測得的輸出調(diào)Q脈沖,可見:隨著調(diào)制方波占空比減小,脈沖建立時(shí)間縮短,多峰數(shù)目減少,導(dǎo)致脈沖寬度變窄、脈沖幅度提升,這是摻雜光纖增益恢復(fù)時(shí)間延長帶來的必然結(jié)果[14];當(dāng)占空比降至1\:10時(shí),僅需一圈腔循環(huán)就可實(shí)現(xiàn)腔倒空,對應(yīng)的脈寬僅為9.6 ns,消除了AOM頻移效應(yīng)對輸出脈沖相干性的影響。圖2(c)給出了占空比為1\:10時(shí)測得的輸出脈沖光譜,可見,光譜寬度僅為0.18 nm,信噪比高達(dá)50 dB;結(jié)合其時(shí)域波形展現(xiàn)的多峰振蕩結(jié)構(gòu)可以看出,該輸出脈沖為窄線寬窄脈寬調(diào)Q激光脈沖,而不是調(diào)Q光纖激光器中常現(xiàn)的類ASE脈沖。值得指出的是,實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),對于圖2(b)中1\:10占空比下9.6 ns輸出調(diào)Q脈沖前沿處的低幅度底座,可通過稍稍增大AOM上升沿時(shí)間而消除,這時(shí)的輸出脈沖依然為單一腔循環(huán)輸出,僅脈寬變?yōu)?4 ns。減小占空比還有利于獲得高重復(fù)頻率的調(diào)Q脈沖。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),在保持單一腔循環(huán)實(shí)現(xiàn)腔倒空獲取窄脈寬的前提下,對于1\:10的占空比,將調(diào)制頻率提高到120 kHz時(shí),調(diào)Q脈沖開始出現(xiàn)脈沖缺失現(xiàn)象。其原因是,隨著調(diào)制頻率提高,分配給增益光纖的增益恢復(fù)時(shí)間縮短,導(dǎo)致實(shí)際增益值降低。因此,當(dāng)前序調(diào)Q激光脈沖因激光振蕩將腔內(nèi)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)耗盡后,在后續(xù)開關(guān)打開時(shí)間內(nèi)調(diào)Q激光脈沖就難以建立。進(jìn)一步減小占空比,通過相對地增加增益恢復(fù)時(shí)間可以使單一腔循環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)整的脈沖輸出。在7 W泵浦功率下,當(dāng)占空比減小至1\:53時(shí),可獲得的最大的由單一腔循環(huán)構(gòu)成的調(diào)Q脈沖重復(fù)頻率高達(dá)150 kHz,對應(yīng)脈寬依然窄至10.4 ns,如圖3(a)所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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