[论文解读] Mode-locked fiber laser with offset splicing between two multimode fibers as a saturable absorber

Zhipeng Dong, Shujie Li+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2018

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 20被引用 5

一句话总结

本文提出一种低成本、稳定的锁模光纤激光器，采用两种渐变折射率多模光纤之间的错位熔接作为可饱和吸收体。错位熔接处的非线性多模干涉效应产生2.8%的调制深度和2.5 MW/cm²的饱和强度，实现在1039 nm波长下脉冲宽度17.6 ps、重复频率32.619 MHz、信噪比65 dB的稳定输出，泵浦功率仅为114 mW。

ABSTRACT

A novel mode-locked fiber laser based on offset splicing technology between two kinds of graded index multimode fibers is proposed and experimentally demonstrated. The offset splice spot structure acts as a saturable absorber via nonlinear multimodal interference mechanism. The absorption modulation depth of the device is 2.8%, with a saturation intensity of 2.5 MW/cm2. The fiber laser operates at a stable mode-locked state when the pump power reaches 114 mW. The laser oscillates at 1039 nm with a pulsewidth of 17.6 ps, a repetition rate of 32.619 MHz, and a high signal noise ratio of 65 dB. The fiber laser is superior in terms of low cost, high damage threshold, and easy fabrication, thus providing many potential applications in ultrafast photonics and industrial processing.

研究动机与目标

• 开发一种低成本、易于制备的超快光纤激光器用可饱和吸收体。
• 克服传统可饱和吸收体存在的复杂制备工艺或低损伤阈值等局限性。
• 通过新型非线性多模干涉机制，在错位熔接的多模光纤结构中实现稳定锁模。
• 实现高信噪比，并具备紧凑、坚固的激光运行特性，适用于工业应用。

提出的方法

• 在两种不同的渐变折射率多模光纤之间形成错位熔接，构成非线性光学界面。
• 该熔接界面通过非线性多模干涉效应充当可饱和吸收体，调制腔内损耗。
• 激光腔采用标准光纤元件构建，包括114 mW泵浦源和1039 nm增益介质。
• 当泵浦功率超过114 mW时，器件进入稳定锁模工作状态。
• 测得吸收调制深度和饱和强度分别为2.8%和2.5 MW/cm²。
• 利用标准光谱仪和自相关技术对激光输出的脉冲宽度、重复频率和信噪比进行表征。

实验结果

研究问题

• RQ1 错位熔接的多模光纤接头能否作为锁模光纤激光器中的有效可饱和吸收体？
• RQ2 在错位熔接光纤结构中，实现锁模的非线性光学机制是什么？
• RQ3 在实际泵浦功率条件下，该器件在脉冲宽度、重复频率和信噪比方面的性能如何？
• RQ4 该吸收体的关键性能参数（如调制深度和饱和强度）是什么？
• RQ5 该方法能否实现稳定、低成本且高损伤阈值的锁模，适用于工业应用？

主要发现

• 错位熔接的多模光纤结构实现了2.8%的调制深度和2.5 MW/cm²的饱和强度。
• 激光器在中心波长1039 nm处产生17.6 ps脉冲，重复频率为32.619 MHz。
• 实现了65 dB的高信噪比，表明脉冲质量优异。
• 在114 mW泵浦功率下保持稳定锁模，表明其具备低阈值工作特性。
• 器件表现出高损伤阈值和简单制备工艺，适用于工业超快光子学应用。
• 可饱和吸收体机制归因于错位熔接界面处的非线性多模干涉效应。