1570 nm自调Q锁模铒镱共掺光纤激光器的特性研究与高功率脉冲生成

研究人员针对1.55-μm波段高功率脉冲激光器的需求，通过双包层铒镱共掺光纤(DC-EYDF)构建线性腔，实现了自调Q锁模(SQS-SML)一体化激光输出。该研究在205-694 mW泵浦功率下获得脉宽4.61 μs、重复频率24.41 kHz的SQS脉冲，在2.4 W泵浦时产生340 ps、6.57 MHz的稳定SML脉冲，峰值功率达72 W。该成果为CRDS系统和中红外激光泵浦提供了高性能光源解决方案。

　　

在激光技术领域，1.55-μm波段的脉冲光源因其在腔衰荡光谱(CRDS)和中红外激光泵浦中的关键作用而备受关注。传统主动调Q技术需要复杂的外部调制器，而基于饱和吸收体(SA)的被动方案虽简化了系统，但存在损伤阈值低、制备工艺复杂等问题。更棘手的是，现有单模铒掺杂光纤(EDF)激光器输出功率有限，难以满足高功率应用需求。这些瓶颈促使科学家探索新型增益介质和脉冲产生机制。

加拿大研究团队在《Optical Fiber Technology》发表的研究中，创新性地采用双包层铒镱共掺光纤(DC-EYDF)作为增益介质，构建了全长15.5 m的线性谐振腔。通过巧妙利用未泵浦光纤段的饱和吸收效应，实现了从自调Q(SQS)到自锁模(SML)的动态转换。该研究采用多模976 nm二极管泵浦，结合3端口环行器构成宽带反射镜，配合1570 nm光纤布拉格光栅(FBG)形成法布里-珀罗腔。关键实验技术包括：实时监测系统（10 GHz光电探测器配合示波器）、光谱分析（Anritsu OSA）以及偏振控制（全光纤偏振控制器PC）。

在"实验结果与讨论"部分，研究揭示了三个重要发现：

1. 阈值特性：在205 mW泵浦阈值下，首次观察到SQS脉冲（3.25 kHz/28.8 μs）内嵌套SML脉冲（6.57 MHz/1.6 ns）的复合结构，证实DC-EYDF在低功率下同时具备增益和SA功能。
2. 功率依赖性：泵浦从281增至694 mW时，SQS重复频率线性提升至24.42 kHz，脉宽压缩至4.61 μs，符合³⁺
   Yb→³⁺
   Er能量转移增强规律。
3. 模式转换：超过695 mW后，系统完全转入SML状态，2.4 W时获得340 ps脉宽、24.46 nJ单脉冲能量的稳定输出，信噪比(SNR)>60 dB。

研究结论指出，这种自调Q-锁模一体化机制源于DC-EYDF的非均匀吸收特性和自相位调制(SPM)效应的协同作用。未泵浦光纤段产生的离子簇(³⁺
Er-³⁺
Yb pairs)形成动态SA，而SPM引起的光谱展宽促进了纵模耦合。该激光器已成功应用于掺铥光纤(TDF)激光泵浦，其高峰值功率特性为分子气体激光开发提供了新可能。

这项研究的突破性在于：首次在DC-EYDF中实现功率依赖的SQS-SML自发转换，避免了传统SA材料的集成难题；通过简单的全光纤结构获得72 W峰值功率，为1.9 μm可调谐激光器等应用提供了理想泵源。研究者特别强调，通过更换不同反射率FBG可拓展工作波长，这种设计思路为开发新型高功率光纤激光系统提供了普适性方案。