基于人工随机反馈结构的全保偏掺铒光纤双环激光器实现超低阈值与超窄线宽

为解决SLM（单纵模）光纤激光器在高分辨率传感与光通信应用中面临的阈值高、线宽宽、稳定性差等问题，研究人员提出了一种结合人工随机散射反馈（ARF）与双环结构的全保偏掺铒光纤激光器（EDFDRL）。通过飞秒激光刻写7 cm ARF实现多纵模抑制，并利用未泵浦EDF饱和吸收体构建自追踪窄带滤波器，最终获得315 Hz超窄线宽、70 dB OSNR和7 mW超低阈值的稳定输出。该研究为高性能窄线宽激光器设计提供了新思路。

　　

在光纤传感、光通信和光学计量等领域，单纵模（SLM）掺铒光纤（EDF）激光器的性能直接决定了系统精度。然而，传统SLM激光器面临两大难题：一是依赖长腔体或复杂滤波结构导致阈值过高；二是随机散射反馈需千米级光纤，易受环境干扰。如何实现兼具超低阈值、超窄线宽和稳定输出的激光器，成为学界亟待突破的瓶颈。

北京理工大学的研究团队在《Optical Fiber Technology》发表的研究中，创新性地将人工随机散射反馈（ARF）与双环谐振腔结合，设计出全保偏掺铒光纤双环激光器（EDFDRL）。其核心突破在于：采用飞秒激光在7 cm保偏光纤（PMF）内刻写ARF结构，通过理论建模证实该结构能通过多重散射抑制边模；同时引入2米未泵浦EDF作为饱和吸收体（SA），形成自追踪窄带滤波器。实验测得激光线宽仅315 Hz，光学信噪比（OSNR）达70 dB，阈值低至7 mW，且1小时内功率波动仅0.285 mW，波长漂移小于3.3 pm。

关键技术包括：1）飞秒激光直写ARF实现强局域散射；2）双环腔（31 m/4.5 m）基于Vernier效应抑制纵模；3）未泵浦EDF-SA动态滤波锁定SLM。

研究结果方面：
实验设置：系统集成EDFA模块、50 GHz光带通滤波器、偏振器等组件，ARF通过环形器嵌入主环。
模式抑制原理：理论分析显示ARF反馈光形成类δ函数分布，有效压缩激光线宽；双环FSR（自由光谱范围）分别为6.6 MHz和45.5 MHz，通过游标效应将模式间隔扩展至300 MHz。
结果讨论：80 mW泵浦下中心波长稳定于1550.1728 nm，线宽较传统随机激光器压缩两个数量级；功率-电流曲线显示斜率效率达7%，证实ARF显著提升泵浦效率。

该研究的核心价值在于：首次将飞秒激光刻写ARF与双环结构协同应用于SLM激光器，通过理论建模与实验验证，为微型化、低噪声窄线宽激光器提供了可复制的技术路径。其7 cm级ARF的突破性设计，不仅解决了千米级光纤的环境敏感问题，更为未来片上集成随机激光器奠定了基础。作者Fujun Xu等强调，该方法可扩展至其他波段与增益介质，在分布式光纤传感和相干光通信中具有明确的应用前景。