非线性光学与光子学：孤子激光器初始设计

孤子激光器的实验演示，由Mollenauer与Stolen于1984年首次报道［31］。如图12-11所示，他们所设计的激光器系统，主要由两个腔体部分组成。其中主腔包含有一块色心晶体作为增益介质，它由出自一个锁模Nd：YAG激光器发出的1 064 nm脉冲序列进行同步泵浦；而另一个外加的次腔之内，则放置一段长度为L的单模保偏光纤。以上两个腔体通过一块共同的部分反射镜M0而互相耦合。

图12-11　工作在1.5μm波段的初始孤子激光器（M0镜反射率为80%，S镜反射率为30%；主腔腔长可通过调节Δz1加以控制，副腔腔长可通过调节Δz2或Δz3而加以控制）［31］(www.xing528.com)

由主腔产生的激光发射波长为1.5μm，主腔泵浦与锁模振荡的同步性由微调镜M0的纵向位置保证。由主腔产生并经M0透出的激光脉冲，在双次经过长度为L并在1.5μm波长处具有负GVD的光纤后脉宽变窄，然后经M0镜返回主腔提供反馈。为确保反馈脉冲与主腔内的泵浦脉冲同步，次腔腔长亦可通过变化Δz2或Δz3加以精细调节。在适当的条件下，最后形成的稳定激光脉冲可以工作在N=2的孤子状态并满足2L≈z0条件，这里z0是孤子周期。当次腔中的光纤长度从0.5 m变化到30 m时，输出激光脉宽从2.0 ps变化到0.21 ps［31］。在上述工作条件下，输出激光的稳定性，受到脉冲在次腔内循环时间（相位）无规起伏的影响。这种影响可通过连接在反射镜M3上的压电转换器以及伺服电子线路的自动控制基本消除［32］。

在另一个相似实验中，主腔采用一束连续的功率约为2W的1064 nm激光进行泵浦，利用一个频率为41 MHz的声光调制器产生主动锁模，主腔腔长的选择要满足其锁模频率是调制器频率的2倍［33］。在不配置含有光纤样品的次腔时，锁模激光输出波长为1.5μm、激光脉冲的宽度约为6 ps。经过配置一个含有1.88 m长单模光纤的次腔之后，可形成N=2时间孤子的激光振荡，输出脉冲宽度可为380 fs左右。