科研突破:暗孤子光纤激光器重复频率已达280GHz
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科研突破:暗孤子光纤激光器重复频率已达280GHz

发布时间:2015-02-26     文章作者:     浏览次数:

    江苏师范大学和新加坡南洋理工大学的研究人员,在长期开展暗脉冲激光理论与实验研究的基础上,提出了一种全新的产生超高重复频率暗孤子的激光运行机制。研究表明,这种新的运行模式通过光纤激光器的腔致调制不稳定性可以提高暗孤子的重复频率,通过控制泵浦功率可以调节激光器的重复频率,目前重复频率已达280GHz,并且有望进一步提升暗孤子的重复频率至太赫兹量级,从而为多个科学领域提供更为有效的研究手段,该项研究成果近日发表在《光学快报》(Opt.Lett.39(12),3484-3487,2014),并被NaturePhotonics(MariaMaragkou,NaturePhotonics8,675(2014))作为ResearchHighlights重点介绍。
     亮脉冲和连续波(CW)作为激光器的两种基本操作状态已为大家所熟知,暗脉冲作为激光器的第三种基本操作状态从70年代末才被人发现并对其进行研究。当光脉冲在光纤中传播时,由于非线性和色散效应的竞争性共同作用,光脉冲在光纤中传播时可以保持形状不变,人们称这种脉冲为孤子。当孤子峰值功率高于背景时,此类孤子称为亮孤子;当孤子峰值功率低于背景时,此类孤子称为暗孤子。由于光孤子的传播不变特性以及光孤子脉冲的极窄化,孤子通信一直被认为是下一代通信系统的首选对象。孤子可以在光纤激光器中产生,孤子光纤激光器从一诞生就作为孤子通信的理想光源而备受关注。理论和实验研究表明:与亮孤子相比,在有噪声的情况下暗孤子的传输更加稳定,受光纤损耗时其脉冲展宽得更慢。同时,影响亮孤子应用的许多其他因素,如放大器的定时抖动及脉冲内拉曼散射等,对暗孤子的影响也更小。暗孤子对噪音和光纤传输损耗比较不敏感,因此是光通讯的未来之星。
    长期以来,受暗孤子产生技术、测量方法的限制,暗孤子激光没有得到充分地研究和应用,暗孤子的理论特性及应用研究远远落后于亮孤子激光技术。如何开拓新的暗孤子产生技术,深入研究其动力力学特性及其在光孤子通信领域的应用技术,是光孤子领域的主要发展方向。由于暗孤子的产生需要一定的背景强度,暗孤子光纤激光器直到2009年才被实现。作为信号源,为了提高传输的比特率,往往要求携带光信号的脉冲具有更高的重复频率。2002年,比利时布鲁塞尔大学Haelterman教授领导的科研小组利用激光在正常色散光纤激光器中的调制不稳性,成功实现了重复频率为15GHz,脉冲宽度为12ps的暗脉冲序列输出[T.Sylvestreetal,,Opt.Lett.,27,482-484(2002)]。该技术思路是锁模脉冲光学滤波技术的扩展,其输出脉冲为类暗孤子分布。但其存在的问题是,受偏振不稳定性因素的影响,系统无法长时间稳定运转,且所产生的暗脉冲参数及重复频率无法调节,严重限制了其实用性。
    江苏师范大学的研究小组在工作波长为1580nm附近的掺铒光纤激光器中利用调制不稳定性与腔的共振效应实现高重复频率的暗脉冲光纤激光输出,同时发现泵浦功率可以有效地调控暗脉冲重复频率。从而大大提升暗孤子的重复频率。该新机制为暗孤子光纤激光器应用于孤子通信奠定了相关的实验基础,并为研究激光器的基本操作状态提供了一种全新的可控光源,在超快光学调控领域有着广泛的应用前景。
    此项研究得到了国家自然科学基金委、江苏省科技厅、江苏省教育厅(江苏省优势学科和江苏省高校协同创新中心)的资助支持,由江苏省先进激光材料与器件重点实验室唐定远教授领衔的研究小组完成。目前,研究人员正在积极开展后续研究,并期望在短期内将脉冲重复频率提升至太赫兹量级,实验验证其在通讯领域中的应用。


来源:http://laser.ofweek.com/2015-01/ART-240002-8140-28923324.html