基于空心反谐振光纤的可切换可调谐多波长掺铒光纤激光器

研究人员针对多波长掺铒光纤激光器（MWEDFL）的波长调控难题，提出一种基于空心反谐振光纤（HCARF）的马赫-曾德尔干涉仪（GHG-MZI）与Lyot滤波器、非线性偏振旋转（NPR）的级联结构，实现了10波长输出、35 nm调谐范围及59 dB边模抑制比（SMSR），为密集波分复用（DWDM）和光纤传感提供了高性能光源解决方案。

　　

在光纤通信与传感领域，多波长掺铒光纤激光器（MWEDFL）因其在密集波分复用（DWDM）和微波光子学中的关键作用而备受关注。然而，传统MWEDFL面临室温下均匀展宽效应导致的模式竞争问题，限制了波长数量和调谐灵活性。尽管已有研究通过液氮冷却或特殊光纤结构缓解这一问题，但操作复杂且成本高昂。如何实现高稳定性、多波长可调谐的激光输出，成为亟待突破的技术瓶颈。

针对这一挑战，中国的研究团队创新性地设计了一种基于空心反谐振光纤（HCARF）的级联滤波系统。该研究通过构建GIMF-HCARF-GIMF（GHG）结构的马赫-曾德尔干涉仪（MZI），结合Lyot滤波器和非线性偏振旋转（NPR）机制，实现了波长数量和范围的双重调控。数值模拟表明，GHG-MZI的波长选择源于LP₀₁与LP₁₁模式的干涉，而传输光谱调制则由两个有效折射率差较小的LP₁₁模式干涉主导。实验结果表明，该激光器可输出1-10个波长，调谐范围达35 nm，边模抑制比（SMSR）高达59 dB，且最大波长漂移仅0.043 nm，性能显著优于同类研究。

关键技术方法
研究采用976 nm泵浦源激发2 m掺铒光纤（EDF），通过980/1550 nm波分复用器（WDM）构建环形腔。核心器件GHG-MZI由渐变折射率多模光纤（GIMF）与HCARF熔接而成，结合Lyot滤波器（含偏振控制器PC、偏振相关隔离器PD-ISO和0.25 m保偏光纤PMF）实现波长选择。非线性偏振旋转（NPR）机制通过调节PC引入强度相关损耗（IDL），平衡EDF的增益竞争。

研究结果

1. GHG-MZI滤波器原理：仿真证实LP₀₁/LP₁₁模式干涉决定波长间隔，而LP₁₁模式间微小折射率差调制光谱形状，为波长灵活调控奠定基础。
2. 激光器性能：单波长模式下实现35 nm连续调谐；多波长模式下可生成相邻或非相邻波长组合，子集内还可进一步细分单/多波长操作，展现出极强的可编程性。
3. 稳定性测试：七波长操作时波长漂移低于0.043 nm，验证了系统在复杂环境下的可靠性。

结论与意义
该研究通过HCARF-MZI与Lyot滤波器的协同作用，突破了传统MWEDFL的波长数量与调谐范围限制。其创新的GHG结构不仅简化了系统复杂度，还通过模式干涉机制实现了高精度光谱调控。研究成果为DWDM系统扩容、光纤传感多参数解调提供了新思路，被发表于《Optics》期刊。Xiaohui Ma团队的工作标志着光纤激光器向高性能、集成化迈出关键一步，未来可拓展至量子通信和生物医学成像等领域。