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国防科技大学量子信息研究所——发现非线性放大环路镜锁模过程中的反饱和吸收机制 | MDPI Photonics

已有 3303 次阅读 2023-3-21 14:47 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

2023年3月,国防科技大学研究团队发现非线性放大环路镜 (Non-Linear Amplifying Loop Mirror, NALM) 锁模过程中的反饱和吸收机制。尽管目前研究认为 NALM 对连续光和脉冲光都显示出可饱和吸收效应,但作者从非线性相移累积的角度研究了 NALM 锁模,得到一个反直觉的结果:交叉相位调制导致了连续光和脉冲光的非线性相移差符号相反,这会导致脉冲形成过程出现反饱和吸收效应。来自国防科技大学量子信息研究所邹宏新研究员及其团队在 Photonics 期刊发表了文章,介绍了反饱和吸收机制的研究,该项研究对 NALM 锁模激光器的研究具有重要意义。

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图1. NALM 结构示意图。


研究过程与结果 

作者在文中对连续光和脉冲光经过 NALM 的非线性相移进行理论分析,获得 NALM 中两种光束的非线性相移演化图像。发现前向传输的与后向传输的连续光的非线性相移曲线有交点,即非线性相移差减小到零后,在两个方向的光再次相遇时,交叉相位调制导致两束光的非线性相移符号变为正号。而对于脉冲光,非线性相移差曲线不存在交点,且非线性相移差进一步增加。在 NALM 锁模光纤激光器中,随着腔内光功率增加,光会从连续光演变为脉冲光,所以在锁模的自启动过程中非线性相移差的符号会发生改变。


由于 NALM 锁模是基于非线性相移差,这一符号改变的现象会影响锁模。作者基于非线性光学环路镜解释了非线性相移差符号的改变与锁模之间的关系。在光从连续光变为脉冲光的过程中,非线性相移差为零的 B 点既是激光器打开的点,也是非线性相移差符号变化的点。当激光器打开时,光是连续的,非线性相移差沿着轨迹 B→A 增加,这个阶段表现为可饱和吸收效应,对较强的光损耗较小,有利于脉冲的形成。当光从连续光逐渐演变为脉冲光时,非线性相移差沿 A→B→C 变化。随着脉冲的峰值与平均功率的比值逐渐增加,自相位调制效应超过交叉相位调制效应的影响,导致非线性相移差符号发生变化。其中,在 A→B 过程中,光纤环路对光强表现出负反馈,即光越强,损耗越大,即表现出反饱和吸收效应,这不利于脉冲的形成。如果两个光束的非线性相移差不能超过该负反馈范围,将无法实现锁模。

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图2. 连续光和脉冲光经过 NALM 时的非线性相移演化。


研究总结

为了克服 NALM 锁模激光器重频增加的困难和分析交叉相位调制对锁模自启动的影响,作者从两个反向传播光场所经历的非线性相移差的角度出发,从理论上研究了 NALM 锁模光纤激光器的自启动,发现交叉相位调制导致了连续光和脉冲光的非线性相移差符号相反,这会导致脉冲形成过程出现反饱和吸收效应。这种反饱和吸收机制在真可饱和吸收体中得到了广泛的研究,在 NALM 中则是首次被提出。NALM 中的反饱和吸收效应可以用来解释激光锁模可以通过轻敲光纤、微调光偏振或其他干扰方式能主动启动等实验现象。研究结果有助于优化 NALM 的设计,降低高重频 NALM 锁模光纤激光器的自启动阈值。


原文出自 Photonics 期刊

Zhang, X.; Shen, Y.; Tang, X.; Liu, Q.; Zou, H. Inverse Saturable Absorption Mechanism in Mode-Locked Fiber Lasers with a Nonlinear Amplifying Loop Mirror. Photonics 202310, 261.


Photonics  期刊介绍

主编:Nelson Tansu, The University of Adelaide, Australia

期刊出版光学和光子学相关的基础理论和应用方面的学术文章,涵盖量子光学、微纳光学、光电子学、光谱学、集成光学、生物医学光子学、光子功能材料、激光器与激光光学、光纤光学与光通信、光传感、经典光学等方向。

2021 Impact Factor:2.536

2021 CiteScore:2.3

Time to First Decision:13.2 days

Time to Publication:35 Days

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