主动锁模光纤激光器技术.PDFVIP

维普资讯 第2期 (总第4期) 光 子 技 术 主动锁模光纤激光器技术 包焕民 ，王肇颖 ，姜骁骏 ，李世忱 (天津大学精密仪器与光电子工程学院，国家教育部光电信息技术科学重点实验室，天津 300072) 摘 要 ：从高重复率、超短脉冲光源一一主动锁模光纤激光器的进展历程 出发，重点综述其各种稳定方法， 并在此基础上讨论颇受关注的多波长产生技术。随着技术的进一步完善，主动锁模光纤激光器将在未来高速光通 信系统中发挥举足轻重的作用。 关键词 ：光纤激光器 ；超短脉冲 ；主动锁模 ；稳定性 ；多波长 1 引 言 发展高速、大容最光纤通信一直是光通信研究的主要方向。波分复用(WDM)~IJ光时分复用(OTDM)是克服光、 电子器件瓶颈，提高光通信容量的有效途径。日前单信道40Gb／S的WDM 光通信 己接近商品化，而实验系统的 最高速率已达 12．6Tb／S；OTDM 业 已实现单信道 1．28Tb／S、70km 以上的传输。由f单纯增加波分复用路数 将增加技术复杂程度和成本，因此采用 OTDM 技术提高WDM 单一波长的信道容量无疑是进…步增大容量的有 效办法。1999年，利用 16倍 OTDM 和 19倍 WDM 两种技术，已经成功的验证了40km 色散位移光纤的 3Tb／s 无错传输。2003年，Suzuki等人又报道了 1．28Tb／s(8×160Gb／s)DwDM／OTDM 系统 以普通单模光纤无错传输 140km 。 可靠的低啁啾、窄脉宽、高重复率超短脉冲的产生是实现超高速 OTDM和光孤子传输的关键技术之一，它需 要性能优越的超短脉冲光源。增益开关分布反馈半导体激光器 (GS—DFB)，DFB和电吸收调制器组合，主动锁 模半导体激光器 (AML—SL)和主动锁模光纤激光器 (AML—FL)均可满足这一要求。其中，AML—FL由于其 具有可调谐、可输 变换极限光脉冲、高重复频率、易于同步等优点，成为OTDM 和 WDM ／OTDM 的基础器件。 相对于 AML—SL来说，AML—FL 由于具有较高的平均输出功率，更短的输出脉冲且脉冲啁啾小，谐振腔元件 灵活，机械装置 自由，与光纤系统的兼容性好，几乎可以覆盖整个EDFA增益谱的波长调谐范围等优点，成为光 纤激光器的热点研究。 AML—FL经过 L十年的发展已逐渐成熟起来，其中最常用的技术是利用振幅或相位调制器周期性调制腔损 耗的谐波锁模，调制频率fm=NAv= c／ (c为真空中光速，L洲为光学腔长，N为被锁定的纵模数量)。 采取稳定措施，它可以产生重复频率高达40GHz的稳定的超短脉冲。主动锁模常用环形腔构，因为环腔结构简单、 设置灵活。另外还可将激光腔设计成所谓的 “o”形腔，用来制造对外界环境保持稳定的光纤激光器。 1993年，Onodera等人…最先报道了有理数谐波锁模技术，细微调整调制频率使得． = (N±1／k)△V，可 以产生k倍于调制频率的高重复率脉冲。后来它被扩展用于AML—FL中，作为一种有效的高重复频率脉冲产生 方法备受重视。 AML—FL的一种特殊形式是利用长调制光纤或半导体光放大器 (SOA)中的交叉相位调制效应进行主动锁 模 ，同样可以得到高重复率的锁模超短脉冲。 然而，上述的所有 AML—FL都存在一个关键性问题——稳定性。由于激光器的腔长很长 (从十几米到几百 米)，因此锁模特性易受到外界环境因素的影响。一个基本腔结构的AML—FL实际上表现的稳定的模式锁定只能 维持很短的时间 (大约几分钟)，因此主动锁模的稳定问题显得尤为重要。 2 主动锁模的稳定问题 主动锁模的不稳定性主要来 自三方面的 素： (1)环境 (如温度)扰动引起的腔长变化，使腔长与调制频率不匹配，从而引发主动锁模的长期不稳定性。 (2)由机械振动引起长腔中的偏振起伏。我们所熟知的偏振模色散也存在光纤激光器中，它具有很大的随机 性 (偏振扰动)，它会导致脉冲振幅抖动和光波长的漂移。 维普资讯 62 光 f 技 术 (3)与谐波锁