《Optical Fiber Technology》：High-harmonic Brillouin mode-locked fiber laser based on nonlinear polarization rotation and NOLM loop
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唐雅婷|潘洪刚|朱亚东|李斌|赵新杰|李一晨|高旭|王星中国天津市天津工业大学集成电路科学与工程学院，教育部通信设备与技术工程研究中心，天津薄膜电子与通信设备重点实验室，邮编300384摘要本文提出了一种高频布里渊锁模光纤激光器，该激光器仅采用非线性偏振旋转（NPR）作为锁模机制
唐雅婷|潘洪刚|朱亚东|李斌|赵新杰|李一晨|高旭|王星
中国天津市天津工业大学集成电路科学与工程学院，教育部通信设备与技术工程研究中心，天津薄膜电子与通信设备重点实验室，邮编300384
摘要
本文提出了一种高频布里渊锁模光纤激光器，该激光器仅采用非线性偏振旋转（NPR）作为锁模机制，并利用非线性光学环镜（NOLM）作为专门的受激布里渊散射（SBS）增强腔，以克服传统多波长锁模光纤激光器在波长均匀性、稳定性和可扩展性方面的局限性。该器件使用可调光源（TLS）作为布里渊泵浦源（BP），色散位移光纤（DSF）产生SBS效应，以及掺铒光纤（EDF）作为增益介质。通过调节980 nm泵浦功率、TLS参数和腔内偏振状态，实现了多个波长的同步输出及锁模脉冲的产生。实验数据显示，在非锁模状态下，系统产生了75个布里渊斯托克斯线（BSL），这些线之间的间隔为0.08 nm（相当于11.1 GHz的布里渊频移），60分钟内的功率波动小于1 dBm，波长漂移小于0.01 nm。在锁模状态下，系统能在30个通道中稳定输出高纯度的BSL激光。同时，该激光器还支持第1至第10谐波的锁模输出。第10谐波脉冲宽度被压缩至42 ns，基波重复频率为19.92 kHz。在50–350 mW的泵浦功率范围内，输出功率线性增长，从0.67 mW增加到1.38 mW。BSL在TLS的1530–1565 nm波长调节范围内保持稳定的频率漂移。这种激光器在医疗技术、光通信和光传感等领域具有潜在应用价值。
引言
随着光通信技术的快速发展，密集波分复用（DWDM）技术应运而生，以满足对网络传输速度和容量的日益增长的需求[1]。多波长光纤激光器（MWFL）因其适合作为DWDM系统中的多通道光源而成为研究重点[2]，从而降低了系统建设成本。MWFL已成为光纤通信[3]、光纤传感[4][5]和微波光子学[6][7]等领域的主要光源，显示出广泛的应用前景。近年来，研究人员对MWFL进行了大量研究。构建MWFL的关键组件包括Lyot滤波器[8]、Sagnac环路[9]、光纤布拉格光栅（FBGs）[10]、法布里-珀罗干涉仪（MZIs）[11]和混合滤波器[13]等。
锁模技术通过控制腔内光场的相位或损耗来实现激光脉冲的相干叠加和时间压缩，从而获得狭窄的脉冲宽度，同时保持高重复率和峰值功率特性[14]。被动锁模激光器无需外部驱动，而是利用腔内非线性现象或可饱和吸收体（SA）来调制脉冲[15]。外部电信号用于驱动主动锁模调制器，以管理腔体损耗。传统的主动锁模技术包括RF调制锁模和同步泵浦锁模[16]。多波长锁模光纤激光器（MWMLFL）具有双重优势：多波长振荡和锁模超短脉冲输出[17]。由于其独特的性能，这些激光器被广泛应用于激光微加工[18]、精密光谱分析[19]、生物医学成像[20]、高速光通信[21]和量子光学[22]等前沿领域。
尽管取得了这些进展，经典的MWMLFL仍存在局限性，如波长数量较少和滤波带宽较宽。受激布里渊散射（SBS）产生的多波长激光器是光纤技术中的常见非线性现象，具有波长间隔均匀、级联传播特性和优异的相位同步性等固有优势[23]。2022年，杨Q等人提出了一种增强的协同非线性布里渊-拉曼随机光纤激光器，通过混合光纤结构放大了协同多非线性效应，实现了63.5 nm的超宽带布里渊梳[24]。2025年，张J等人采用半腔结构结合增强型四波混频（FWM）技术，进一步实现了80 nm宽带布里渊梳，包含278个光谱线[25]。然而，上述基于SBS的多波长激光器均未实现锁模功能。2024年，曾H等人提出了一种基于光电振荡器的GHz带宽可调光脉冲发生器，虽然通过结合SBS和锁模方法产生了7.3–9.3 GHz的光脉冲，但布里渊波长的数量有限[26]。因此，现有研究仍缺乏能够在保持稳定锁模行为的同时提供多种布里渊波长的光纤激光系统，这也是本研究的主要目标。
基于上述研究背景，本文研究了一种采用非线性偏振旋转（NPR）作为锁模机制、非线性光学环镜（NOLM）作为专用SBS增强腔的布里渊多波长锁模光纤激光器。该系统使用掺铒光纤（EDF）作为增益介质进行光功率放大，色散位移光纤（DSF）作为产生SBS效应的非线性介质以实现窄线宽频率选择。NOLM环镜增强了腔内光场反馈和SBS级联效率，可调光源（TLS）作为布里渊泵浦源（BP）实现灵活的输出模式调节。本研究提供了一种新的技术解决方案，突破了传统多波长锁模光纤激光器的性能瓶颈，促进了MWMLFL技术的实际应用和跨领域扩展。
章节摘录
实验装置和原理
图1展示了利用NPR和NOLM环的高频布里渊锁模光纤激光器系统的示意图。在主光纤环路中，使用了一个最大输出功率为350 mW的980 nm激光二极管（LD）作为泵浦源（VLSS-980-B）。泵浦光通过980/1550 nm波分复用器（WDM）传输。增益介质为掺铒光纤（EDF-980-HP，Nufern，掺杂浓度：4000 ppm），其芯径和包层直径分别为6/125 μm。
实验结果与分析
当TLS作为BP注入NOLM环时，环内的SBS效应显著增强。结合EDF的增益放大和级联SBS效应，系统实现了稳定的布里渊多波长随机激光输出。图3显示了在泵浦功率为250 mW、TLS中心波长为1550 nm、注入功率为15.5 dBm时系统的多波长光谱输出。光谱显示了一系列等间距的峰值信号，代表级联效应
结论
本研究提出并实验验证了一种利用NPR和NOLM环的高频布里渊锁模光纤激光器。该系统将NOLM作为专用SBS腔集成到布里渊激光配置中。利用NPR的强度依赖性偏振筛选特性，系统在泵浦功率为250 mW、TLS中心波长为1550 nm、注入功率为15.5 dBm的条件下，稳定输出75个BSL，动态范围为30 dB。当TLS在
唐雅婷：撰写 – 原始草稿、可视化、软件制作、方法论开发、实验调查、数据分析、概念化。潘洪刚：撰写 – 修订与编辑、项目监督、资源协调、资金筹集。朱亚东：结果验证。李斌：结果验证。赵新杰：结果验证。李一晨：结果验证。高旭：结果验证。王星：结果验证。
作者声明没有任何已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
