非线性偏振演化锁模全保偏掺钬光纤振荡器:2.08μm波段高质量飞秒脉冲输出研究
超快飞秒光纤激光器在基础科学研究与工业应用领域均占据重要地位,其应用范围涵盖频率计量、微加工、生物成像及医疗手术等多个领域。近日,深圳大学王金章团队在《OpticsLetters》发表重要研究成果,成功研制出基于非线性偏振演化(NPE)的自启动锁模全保偏掺钬光纤振荡器,该器件工作于2.08μm波段,通过创新结构设计实现了高质量脉冲的稳定输出,为相关技术领域的发展提供了关键支撑。

技术背景与研究突破
传统超快光纤振荡器研究多集中于1.0μm和1.56μm波段,而2μm波段的超快脉冲因具备生物组织穿透性强、大气吸收低等独特优势,在医疗诊断、环境监测等领域具有不可替代的应用潜力。然而,该波段器件的研发面临两大核心挑战:一是环境稳定性不足,温度、湿度等外界干扰易导致偏振态漂移和脉冲质量劣化;二是锁模机制的兼容性问题,传统材料型可饱和吸收体存在功率处理能力弱、长期可靠性差等缺陷。
为解决上述问题,研究团队采用全保偏(PM)光纤结构,显著降低了器件对环境扰动的敏感性,确保了长期工作的稳定性;同时,选用基于光学克尔效应的NPE锁模机制,规避了材料型可饱和吸收体的固有缺陷,兼顾了锁模性能与使用寿命,成功将NPE锁模技术的应用波长拓展至2μm波段,填补了该领域的研究空白。
器件结构与脉冲特性差异
该振荡器采用线性腔结构,设计有两个输出端口(端口R与端口T),实验结果显示,两端口输出脉冲的光谱与时间特性存在显著差异:
端口T输出特性:在61.67MHz的基础重复率下,可稳定输出类孤子脉冲。经测量,脉冲持续时间为439fs,接近422fs的变换极限值;平均功率达7.5mW,脉冲能量为0.12nJ;光谱呈现清晰的Kelly边带,中心波长2076nm,带宽9nm,净腔色散为0.32ps²,表明脉冲处于稳定的孤子工作状态。
端口R输出特性:输出脉冲结构复杂,光谱存在明显相位失真,时间波形偏离变换极限;平均功率为20mW,脉冲能量0.32nJ,虽功率高于端口T,但脉冲质量显著劣化。
物理机制分析
通过数值模拟,研究团队揭示了两端口脉冲特性差异的核心机制:保偏光纤中快轴与慢轴模式间的非线性光学相互作用,尤其是群速度失配(GVM)引发的走离效应起主导作用。
保偏光纤中,正交偏振模式的传播速度差异(GVM)会影响模式间非线性相互作用的累积效率。模拟结果表明,当GVM参数(δ)变化时,端口R的脉冲特性随δ增大呈现显著劣化,而端口T因传输路径中的偏振滤波效应,有效抑制了非线性干扰,始终保持高质量脉冲输出。这一现象源于线性腔结构中偏振分束器的选择性透射机制,使端口T成为优质脉冲的稳定输出通道。
性能指标与稳定性分析
研究团队对器件的噪声特性与长期稳定性进行了系统测试,结果如下:
相对强度噪声(RIN):在1Hz至10MHz频率范围内,端口T的综合均方根RIN为0.13%,端口R为0.53%,表明端口T输出脉冲的振幅稳定性更优。
长期功率稳定性:连续2小时监测显示,端口T的功率波动均方根值为0.33%,端口R为0.71%,进一步验证了端口T输出的可靠性。
分析表明,器件噪声主要来源于泵浦激光器,通过优化泵源性能与屏蔽设计,可进一步降低噪声水平。
研究意义与应用前景
本研究的创新价值在于:一是将NPE锁模技术成功拓展至2μm波段,突破了传统研究的波长限制;二是通过双端口设计与机制分析,为保偏光纤振荡器中高质量脉冲的稳定获取提供了明确方案。
该器件在高精度微加工、生物活体成像、激光雷达等领域具有重要应用前景,其稳定的输出特性可满足上述领域对激光源的严苛要求。未来,通过优化泵浦源与腔结构设计,有望进一步提升器件的功率与脉冲性能,推动2μm波段超快激光技术的实用化进程。
-
光学玻璃与普通玻璃有什么区别?不止透明的天壤之别
玻璃,早已融入人类生活的方方面面——清晨透过窗户洒进房间的阳光,办公桌上盛放茶水的水杯,手机屏幕上清晰的画面,显微镜下微观世界的奥秘,这些场景中都离不开玻璃的身影。但很少有人留意,窗户上的平板玻璃与相机镜头里的特殊玻璃,看似同为“透明材质”,实则存在从内到外的本质差异。光学玻璃与普通玻璃,早已在成分、功能、工艺与应用中,走出了两条截然不同的道路。
2025-12-23
-
如何利用TriAngle实现高精度平面度测量?
TriAngle 自准直仪基于激光三角测量法与多测点拟合算法,通过激光发射器向被测平面发射高精度激光束,激光经平面反射后被高分辨率图像传感器接收,形成位移信号。系统通过计算激光发射与接收的角度偏差,结合三角几何关系,精准获取被测点的三维坐标数据;再对多个采样点的坐标信息进行最小二乘拟合、平面度误差评定(如最大与最小点差值、平面度偏差值),最终输出被测平面的平面度参数。
2025-12-23
-
大口径平行光管的应用领域有哪些?
在现代光学技术领域,高精度、全波段适配的检测与模拟设备是推动光学系统研发、装调与应用的关键支撑。由德国TRIOPTICSGmbH旗下子公司设计生产的MirrorCollimator系列大口径平行光管,凭借其基于离轴抛物面反射镜的创新设计,实现了从紫外到长波红外的全波段覆盖,成为光学领域多场景应用的核心赋能设备,其应用价值正深度辐射多个关键领域。
2025-12-23
-
自准直仪的核心原理、仪器结构、使用指南和应用
精密制造、光学系统调试、粒子加速器搭建等领域,“对准”是决定系统成败的关键环节。无论是机床导轨的平行安装,还是复杂光学器件的共轴调试,微小的偏差都可能导致整个系统性能大幅下降。而自准直仪,这款以光学原理为核心的高精度工具,凭借微米级或亚角分级的测量精度,成为解决各类精准对齐问题的“利器”。本文将带您深入了解自准直仪的原理、结构、使用方法及广泛应用,揭开其精准运作的神秘面纱。
2025-12-23
