高非线性光纤环形激光器中随机分布多脉冲锁模动态的机理与应用研究

本研究针对被动锁模光纤激光器中多脉冲动态调控难题，提出通过引入高非线性光纤（HNLF）增强腔內非线性效应，实现随机分布多脉冲（RDMP）的高效生成。团队结合数值模拟与实验验证，揭示了HNLF对多脉冲区域快速进入的促进作用，并利用时间拉伸色散傅里叶变换（TS-DFT）技术解析脉冲演化动力学。该研究为光纤传感（如关联光纤环路衰荡传感）提供了新型脉冲源，兼具高峰值功率与随机时序特性。

　　

在超快光学领域，被动锁模光纤激光器因其结构紧凑和稳定性成为研究非线性动态的理想平台。然而，传统多脉冲生成常需极高泵浦功率且动态调控困难，限制了其在传感等领域的应用。针对这一瓶颈，研究人员探索如何通过腔內非线性增强实现高效多脉冲输出，但现有方法存在响应速度慢、脉冲分布不可控等问题。

中国某高校团队在《Optical Fiber Technology》发表研究，提出利用高非线性光纤（HNLF）改造锁模激光腔的创新策略。通过数值模拟与实验结合，发现HNLF可显著提升非线性相移，使系统快速进入随机分布多脉冲（RDMP）状态。该工作首次报道了具有δ型自相关特性的RDMP，并通过时间拉伸色散傅里叶变换（TS-DFT）技术捕捉到脉冲数量演化的瞬态动态。

关键技术包括：1）基于非线性偏振旋转（NPR）的锁模激光腔设计；2）耦合金兹堡-朗道方程数值模型；3）TS-DFT实时测量技术；4）HNLF与单模光纤（SMF）的腔內组合优化。

实验设置
搭建全光纤结构的掺铒光纤激光器（EDFL），核心创新是在10米SMF后接入10米HNLF（替代传统SMF）。通过偏振控制器（PC）调节腔內双折射，PD-ISO确保单向传输。泵浦功率最高达600mW，远超常规锁模阈值。

数值模型
采用分步傅里叶法求解耦合Ginzburg-Landau方程，模拟HNLF引入后的非线性相移变化。参数设置中，HNLF的非线性系数γ达11.5 W^-1
km^-1
，是SMF的10倍。

数值模拟
对比显示：含HNLF的腔在泵浦功率250mW时即出现多脉冲，而传统腔需400mW。当φ_pc
=1.2π时，HNLF腔产生6个随机间隔脉冲，自相关曲线呈现δ峰特征。

结论
研究证实HNLF可将多脉冲生成阈值降低37.5%，且RDMP兼具高峰值（较单脉冲高4.8倍）和随机时序特性。这种脉冲形态在光纤环路衰荡传感中展现出独特优势：随机分布可抑制相干噪声，而高峰值提升检测灵敏度。

该工作为激光动态调控提供了新范式，TS-DFT技术的应用也为复杂非线性现象研究开辟了新途径。未来可进一步探索RDMP在光学加密、分布式传感等领域的应用潜力。