掺铒光纤激光器中基于渐变折射率多模光纤与非线性光学环镜混合锁模的类噪声脉冲生成

研究人员针对渐变折射率多模光纤（GIMF）作为可饱和吸收体（SA）时因极短长度限制导致的重复性差等问题，创新性地将32 m GIMF与非线性光学环镜（NOLM）混合锁模，实现了稳定的类噪声脉冲（NLP）输出。该方案调制深度显著提升，脉冲宽度达153.9 fs，长期稳定性优异，为1.5 μm波段高能超快激光器提供了可扩展解决方案。

　　

在超快激光技术领域，类噪声脉冲（Noise-like Pulse, NLP）因其独特的双尺度结构（飞秒级窄尖峰叠加于皮秒级宽基底）在超连续谱生成和微加工中具有重要应用。然而，传统实现方案依赖半导体可饱和吸收镜（SESAM）等“真实可饱和吸收体（SA）”，存在制备复杂、损伤阈值低等问题。渐变折射率多模光纤（Graded-index Multimode Fiber, GIMF）凭借非线性多模干涉（Nonlinear Multimode Interference, NL-MMI）效应成为理想替代，但其自成像特性要求光纤长度精确至微米级，严重制约实用化。

为解决这一难题，马来西亚的研究团队创新性地将32米长GIMF与非线性光学环镜（Nonlinear Optical Loop Mirror, NOLM）结合，构建了混合锁模光纤激光器。通过NOLM双向环（bi-loop）中的非线性相位积累与GIMF的NL-MMI协同作用，显著增强了可饱和吸收特性。实验表明，该设计不仅突破了GIMF的长度限制，还实现了22.38 nm的3 dB带宽、153.9 fs尖峰宽度及61.73 ps基底宽度的超短NLP输出，性能远超传统纳米级脉冲。相关成果发表于《Optical Fiber Technology》。

研究采用三项关键技术：1）NOLM-GIMF混合锁模腔设计，通过双向环结构增强非线性相位调制；2）GIMF长度梯度测试（30-62.5 m），优化NL-MMI效应；3）长期稳定性监测（300分钟），验证光谱与时域特性。

NOLM-GIMF实验装置与表征
激光腔由单向环（uni-loop）和双向环（bi-loop）构成，其中bi-loop集成32 m GIMF作为SA核心。非线性传输测试表明，NOLM-GIMF结构的调制深度比单独GIMF提升3倍，证实了混合锁模的协同增强效应。

GIMF-NOLM基NLP激光器性能分析
理论模型揭示，GIMF中基模（LG₀₀）与高阶模（LG₀₁）的功率分布主导非线性传输。在32 m最优长度下，系统产生迄今1.5 μm波段最短NLP，尖峰宽度较文献报道缩短72%。

结论与讨论
该研究通过NOLM-GIMF混合结构成功解决了GIMF-SA的长度约束难题，为高能宽带NLP激光器提供了可扩展方案。其意义在于：1）首次在1.5 μm波段实现亚纳秒NLP；2）通过长光纤设计提升系统鲁棒性；3）为超快光子学应用（如生物成像）提供了稳定光源。作者团队指出，未来可通过优化GIMF折射率剖面进一步缩短脉冲宽度。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加非文献内容；专业术语如“自成像（self-imaging）”“峰值功率钳制效应（peak power clamping effect）”等均按原文格式保留。）