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光纤锁模激光器：从单模时域耗散孤子锁模到多模时空耗散孤子锁模

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中国激光 2023年

作者：高晨心曹博鲍成英杨昌喜肖晓晟北京邮电大学电子工程学院信息光子学与光通信全国重点实验室清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室

在光纤锁模激光器中，模式相位锁定产生周期短脉冲的过程称为锁模过程，产生的脉冲在广义上可称为光耗散孤子。光纤锁模激光器从传统的单模光纤锁模激光器发展到了多模光纤锁模激光器，锁模机理从一维（1D）时域耗散孤子锁模发展到了（... 详细信息

在光纤锁模激光器中，模式相位锁定产生周期短脉冲的过程称为锁模过程，产生的脉冲在广义上可称为光耗散孤子。光纤锁模激光器从传统的单模光纤锁模激光器发展到了多模光纤锁模激光器，锁模机理从一维（1D）时域耗散孤子锁模发展到了（3+1）维的时空耗散孤子锁模。通过深入理解耗散孤子的产生机理，有望进一步推动光纤锁模激光器在科学和应用领域的发展，为更广泛的领域带来更多创新和可能性。我们首先介绍单模光纤锁模激光器中的一维时域耗散孤子锁模，探讨不同色散区域中时域耗散孤子的产生机理。随后，我们介绍多模光纤锁模激光器中时空耗散孤子的最新成果，讨论不同大小的模间色散的补偿方法，揭示其丰富的时空锁模机理和潜在的应用场景。最后，对光纤锁模激光器的研究前景进行了展望。

关键词：光纤锁模激光器耗散孤子锁模机理非线性光学

波长可调节全正色散掺镱锁模光纤激光器的放大特性(英文)

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红外与激光工程 2014年第12期43卷 3924-3927页

作者：华弋肖晓晟清华大学精密仪器系精密仪器与测量技术国家重点实验室北京100084

高功率,波长可调超短脉冲光源具有重大的应用价值。采用掺镱光纤放大的全正色散锁模光纤激光器能够满足以上优质光源的要求,并且结构紧凑。通过实验全面探索了波长可调节全正色散锁模光纤激光器的放大特性。分析了小信号增益系数随着信... 详细信息

高功率,波长可调超短脉冲光源具有重大的应用价值。采用掺镱光纤放大的全正色散锁模光纤激光器能够满足以上优质光源的要求,并且结构紧凑。通过实验全面探索了波长可调节全正色散锁模光纤激光器的放大特性。分析了小信号增益系数随着信号光波长的变化。发现最大增益出现在波长为1 030 nm附近,并且增益随着信号光波长的增大而减小,这是由于掺镱光纤的增益谱特性决定的。也分析了增益系数随泵浦光功率的变化,观察增益饱和现象和放大自发辐射噪声。也讨论了种子脉冲在放大器中的时域与频域畸变。发现脉冲因为群速度色散而轻微展宽,频谱因为自相位调制也会发生轻微展宽。

关键词：放大器全正色散锁模

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基于高非线性光纤中SBS效应的慢光系统

光电子．激光 2010年第5期21卷 786-790页

作者：尹经禅肖晓晟杨昌喜清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术与仪器国家重点实验室北京100084 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室成都610209

实验研究了高非线性光纤(HNLF)中受激布里渊散射(SBS)的阈值、增益谱、放大特性及其慢光特性,并与普通单模光纤(SMF)进行了对比分析。测量实验表明,HNLF在线宽100MHz的泵浦激光作用下,SBS的阈值为60mW,增益带宽为150MHz,获得的最大慢光... 详细信息

实验研究了高非线性光纤(HNLF)中受激布里渊散射(SBS)的阈值、增益谱、放大特性及其慢光特性,并与普通单模光纤(SMF)进行了对比分析。测量实验表明,HNLF在线宽100MHz的泵浦激光作用下,SBS的阈值为60mW,增益带宽为150MHz,获得的最大慢光延迟量将近15ns,延迟谱与增益谱较好对应。对基于SBS的未来全光通信系统中的高性能光延迟线或全光缓存器具有重要的参考价值。

关键词：受激布里渊散射(SBS) 阈值增益谱慢光增益饱和高非线性光纤(HNLF)

基于二硒化铌的1.5 μm被动调Q光纤激光器

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光电子 2023年第1期13卷 1-7页

作者：郭伟钦肖晓晟李星星张玲五邑大学智能制造学部数字光芯片联合实验室广东江门北京邮电大学电子工程学院北京中国科学院半导体研究所中国科学院半导体材料科学重点实验室北京

采用液相剥离法制备了具有优异的非线性光学响应、宽工作带宽的二硒化铌可饱和吸收体。将该可饱和吸收体应用到1.5 μm光纤激光器中实现了被动调Q运转。在泵浦功率125 mW时,此时调Q激光脉冲宽度4.1 μs,重复频率39.6 kHz,输出功率3.27 m... 详细信息

采用液相剥离法制备了具有优异的非线性光学响应、宽工作带宽的二硒化铌可饱和吸收体。将该可饱和吸收体应用到1.5 μm光纤激光器中实现了被动调Q运转。在泵浦功率125 mW时,此时调Q激光脉冲宽度4.1 μs,重复频率39.6 kHz,输出功率3.27 mW。随着泵浦功率增大时,激光脉冲宽度下降,重复频率上升。泵浦功率达到350 mW时,获得重复频率最大78.4 kHz,脉冲宽度最小2.3 μs,此时激光中心波长1559.9 nm,输出功率可达7.03 mW。其结果说明,二硒化铌是一种优良的光学材料,在超快非线性光学中具有重要的应用前景。

关键词：液相剥离法二硒化铌非线性光学光纤激光器光学材料

利用色散管理抑制光纤通信系统中的非线性传输损伤

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利用色散管理抑制光纤通信系统中的非线性传输损伤

作者：肖晓晟清华大学

学位级别：硕士

非线性克尔(Kerr)效应导致的非线性传输损伤是光纤通信系统面临的主要障碍之一。色散管理技术能够有效地抑制非线性传输损伤。本论文系统分析了色散管理对非线性损伤的抑制效果,提出了快速设计、优化色散管理系统的方法。为有效抑制非... 详细信息

非线性克尔(Kerr)效应导致的非线性传输损伤是光纤通信系统面临的主要障碍之一。色散管理技术能够有效地抑制非线性传输损伤。本论文系统分析了色散管理对非线性损伤的抑制效果,提出了快速设计、优化色散管理系统的方法。为有效抑制非线性损伤,须对色散管理系统的三个参数:预补偿、每跨段残余色散和净残余色散(NRD)进行优化,其中优化NRD可极大提高受自相位调制(SPM)限制的系统的性能。本论文提出了两种解析方法来快速优化受SPM限制系统的NRD量。第一种方法(最小化脉宽法)利用最小化输出单脉冲展宽从而优化系统性能的原理,得到了最优NRD的解析表达式,并能同时优化系统的三个色散管理参数;第二种方法(最大化振幅法)利用最大化输出单脉冲的中心振幅从而优化系统性能的原理,能直接、简单地对NRD或预补偿量进行优化。此外本论文还提出可以仅利用两个系统参量:色散与比特率平方的乘积和非线性相移,建立眼开度代价(EOP)的数据库来评估任意单信道色散管理系统的非线性损伤。

关键词：光纤通信非线性传输损伤色散管理

光纤中受激Brillouin散射动态弛豫振荡特性及其抑制方法

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物理学报 2009年第12期58卷 8316-8325页

作者：尹经禅肖晓晟杨昌喜清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术与仪器国家重点实验室北京100084

为了避免在高功率光纤放大器和光纤相位共轭镜等实际应用中因受激Brillouin散射(SBS)造成的光纤损伤,根据描述SBS动态弛豫振荡特性的振幅耦合方程,利用有限差分的数值模拟方法研究了光纤中SBS的动态弛豫振荡特性,并对其抑制进行了初步探... 详细信息

为了避免在高功率光纤放大器和光纤相位共轭镜等实际应用中因受激Brillouin散射(SBS)造成的光纤损伤,根据描述SBS动态弛豫振荡特性的振幅耦合方程,利用有限差分的数值模拟方法研究了光纤中SBS的动态弛豫振荡特性,并对其抑制进行了初步探讨.得到了光纤中SBS弛豫振荡在不同的脉冲上升时间的时空三维图;同时利用方波和脉冲光作抽运光进行了相应实验研究,实验结果与理论模拟结果符合很好.结果表明,增大抽运光脉冲上升时间可以有效抑制因SBS而产生的弛豫振荡,进而避免因其造成的光纤损伤.

关键词：受激Brillouin散射动态弛豫振荡特性有限差分法

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单腔双光梳锁模光纤激光器及其应用研究进展

中国激光 2021年第15期48卷 3-19页

作者：杨昌喜赵康俊曹博高晨心肖晓晟清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室北京100084 北京邮电大学电子工程学院信息光子学与光通信国家重点实验室北京100876

双光梳光谱技术作为一种新兴的宽带光谱测量技术,具有超高分辨率、高灵敏度和高采样率的特点,在气体吸收谱测量、温室气体排放监控、非线性光谱成像等领域具有重要应用。研究表明,仅从一台激光器中产生高相干的双光梳光源,克服了传统双... 详细信息

双光梳光谱技术作为一种新兴的宽带光谱测量技术,具有超高分辨率、高灵敏度和高采样率的特点,在气体吸收谱测量、温室气体排放监控、非线性光谱成像等领域具有重要应用。研究表明,仅从一台激光器中产生高相干的双光梳光源,克服了传统双光梳光源产生方法中存在的频率锁定系统复杂、梳齿数量较少、制作工艺困难等缺点,这种光源是理想的双光梳光源之一。结合国内外相关研究进展,综述了单腔双光梳的产生方法、单腔双光梳锁模光纤激光器中的孤子动力学研究以及单腔双光梳的应用。

关键词：激光器双光梳光谱技术单腔双光梳锁模光纤激光器

非线性光纤光学中非线性薛定谔方程推导逻辑的探讨

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物理与工程 2023年第6期33卷 90-97页

作者：肖晓晟刘欣格张晓光北京邮电大学电子工程学院北京100876

非线性薛定谔方程是描述光脉冲在光纤中非线性传输的基本方程,广泛应用于光纤通信、光纤激光器等领域。在现有的非线性光纤光学的经典教材中对非线性薛定谔方程的推导,采用的是直接在非线性介电常数中引入非线性折射率效应。本文指出了... 详细信息

非线性薛定谔方程是描述光脉冲在光纤中非线性传输的基本方程,广泛应用于光纤通信、光纤激光器等领域。在现有的非线性光纤光学的经典教材中对非线性薛定谔方程的推导,采用的是直接在非线性介电常数中引入非线性折射率效应。本文指出了该方法对于传输方程非线性项处理的局限甚至不妥之处,给出了一种非线性薛定谔方程较严格的推导方法,即从非线性的波动方程出发,讨论不同非线性效应的非线性极化强度驱动源的不同表现形式,并将方程作横向积分处理。本文详细阐述了从非线性源的角度出发推导非线性薛定谔方程的方法,并以四波混频等非线性效应为例,帮助读者理解非线性效应对于传输方程的影响;此外,还探讨了在推导非线性薛定谔方程中的正负频表示等问题。

关键词：非线性光纤光学非线性薛定谔方程四波混频

基于光纤四波混频波长转换和色散的慢光实验研究

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物理学报 2010年第6期59卷 3986-3991页

作者：尹经禅肖晓晟杨昌喜清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术与仪器国家重点实验室北京100084

对基于光纤四波混频(FWM)波长转换和色散的慢光实现进行了详细和系统的实验研究.首先,实验测定了高非线性光纤中FWM带宽约为40nm,从而确定了慢光的可调谐带宽;接着,在普通单模光纤和色散补偿光纤(DCF)中针对500MHz正弦信号和100ps短脉... 详细信息

对基于光纤四波混频(FWM)波长转换和色散的慢光实现进行了详细和系统的实验研究.首先,实验测定了高非线性光纤中FWM带宽约为40nm,从而确定了慢光的可调谐带宽;接着,在普通单模光纤和色散补偿光纤(DCF)中针对500MHz正弦信号和100ps短脉冲信号分别实现了3.4和1.98ns的脉冲延迟,在DCF中还实现了2.09ns的脉冲提前.讨论了增大延迟量的方法,指出随着宽带FWM波长转换的实现和大色散光纤的应用有望获得微秒量级的大延迟量,从而为高性能光纤延迟线和全光缓存器等应用提供支持.

关键词：慢光四波混频色散