掺铋光纤激光器的特性研究

掺铋光纤激光器由于能够在超宽带增益范围内（1100-1600nm）激射，在通信、医学及航天等领域有着重要的应用，是近年来光纤激光领域中最具前沿的研究热点之一。针对目前对掺铋光纤激光器的研究主要集中在单波长连续波和皮秒锁模脉冲方面，本项目拟对掺铋光纤激光器做以下方面研究：1. 多波长连续波掺铋光纤激光器的研究，主要研究其室温稳定性及可调谐特性。2. 被动锁模掺铋光纤激光器的研究，主要研究基于新型腔结构设计的飞秒脉冲锁模掺铋光纤激光器；基于光纤弱双折射滤波效应的可调谐飞秒锁模脉冲输出以及激光腔的总色散值对锁模脉冲动力学过程的影响。本项目旨在研究掺铋光纤激光器多波长连续波及锁模脉冲的输出特性，弄清楚多波长输出的室温稳定性和锁模脉冲的动力学过程，并且获得可调谐多波长连续波和飞秒锁模脉冲输出。本项目的开展，不仅能加深对掺铋光纤激光器物理特性的理解，而且对光纤激光技术的发展具有重要的意义。

本项目主要研究掺铋光纤激光器多波长连续波及被动锁模超短脉冲的输出特性，揭示其内在的物理机制。在本项目的资助下，我们围绕着掺铋光纤激光的输出特性及其性能的提高开展研究工作，所取得的主要成果可以概括为以下几方面：（1）抑制模式竞争：为实现室温稳定的多波长掺铋光纤激光输出，抑制增益光纤的模式竞争至关重要。我们针对掺铋光纤的模式竞争特点，首次提出了利用可饱和吸收体来增强腔内偏振相关损耗效应来抑制模式竞争，并在短腔长紧凑结构中实现了多波长室温稳定输出。（2）梳状滤波器的研制：针对实现多波长可调谐掺铋光纤激光器的关键器件梳状滤波器进行了研究。研制了几种基于偏振态调节或耦合比控制的马赫-曾德新型可调谐梳状滤波器，其中包括间隔可调谐、波长可开关等多种功能。此外，我们还研究了腔内弱双折射引起的宽带可调谐滤波效应，此结果可用于获得多波长掺铋光纤激光器的大范围波段可调谐输出。（3）掺铋锁模光纤激光器的研制：首次利用非线性偏振旋转技术在掺铋光纤激光器中获得了锁模脉冲输出，并通过调节腔内偏振控制器，实现了双波长被动锁模脉冲可调谐输出，双波长锁模脉冲范围可以从2.38 nm至 20.45 nm内灵活可调。（4）掺铋光纤激光器中孤子非线性现象研究：我们系统研究了光纤激光器中耗散孤子及耗散孤子共振等非线性现象，并通过优化激光器结构，率先在被动锁模掺铋光纤激光器中实现了矩形锁模光谱的耗散孤子运转，锁模脉冲的3dB 带宽达到10nm以上；同时，我们还将激光腔内弱双折射效应引起的滤波效应用于被动锁模掺铋光纤激光器，获得了超过50nm范围的宽带可调谐耗散孤子输出。此外，我们还研究了光纤激光器中耗散孤子共振脉冲的动力学特性。（5）激光器结构参数对脉冲演化的影响：为了使光纤激光器的输出更具有灵活性，我们还研究了激光腔参数的动态调整对锁模脉冲输出特性的影响，实验证明在一定的条件下能够实现常规锁模脉冲和耗散孤子共振脉冲动态可切换操作，这为超大能量脉冲的掺铋激光器研制奠定了基础。