基于新型模式选择滤波器的高OSNR低阈值单纵模掺铥光纤激光器

研究人员针对2-μm波段单纵模(SLM)掺铥光纤激光器(TDFL)的稳定性与性能优化问题，提出了一种结合复合双环腔(CDRC)滤波器和饱和吸收体(SA)的创新设计。实验实现了1941.82 nm波长下87.22 dB高光信噪比(OSNR)、1.90 W低阈值及8.06 kHz窄线宽的稳定输出，为相干光通信和医疗手术等领域提供了高性能光源解决方案。

　　

在激光技术领域，2-μm波段的掺铥光纤激光器(TDFL)因其对人眼安全、大气吸收率高等特性，成为医疗手术和光纤传感的理想选择。然而，实现稳定的单纵模(SLM)输出始终面临挑战——传统方法如法布里-珀罗(F-P)滤波器易受应力影响，超窄带光学滤波器成本高昂，而饱和吸收体(SA)的参数匹配又极为苛刻。更棘手的是，现有技术难以兼顾高光信噪比(OSNR)与低阈值，这严重制约了TDFL在精密领域的应用。

为解决这一难题，河北大学的研究团队在《Optical Fiber Technology》发表了一项突破性研究。他们巧妙设计了一种复合双环腔(CDRC)滤波器，通过四组光纤耦合器(OC)扩大自由光谱范围，结合0.30米未泵浦掺铥光纤作为SA，构建出新型SLM-TDFL系统。关键技术包括：CDRC滤波器的多级模式筛选机制、SA的自发辐射抑制效应，以及通过热传感器和功率计精确测量激光输出特性。

实验结构
激光系统以2.00米掺铥光纤(SM-TDF-10P/130-M)为增益介质，采用793 nm激光二极管(LD)泵浦。CDRC滤波器通过精确控制光纤长度差产生等效相位差，将相邻纵模间隔扩大至1.25 GHz，而SA则通过激发态粒子数耗尽效应进一步抑制边模。

实验结果
在无温控条件下，系统输出1941.82 nm激光，阈值低至1.90 W，斜率效率达21.3%。OSNR高达87.22 dB，60分钟内波长漂移仅0.02 nm。线宽测试显示，在0.001秒积分时间下为8.06 kHz，相对强度噪声(RIN)在1 MHz以上频段低于?124.15 dB/Hz。

讨论
对比同类研究，该激光器阈值降低约30%，斜率效率提升15%。CDRC滤波器与SA的协同作用被证实可有效解决模式竞争问题，其稳定性优于基于宇称时间对称的系统。

结论
这项研究通过CDRC滤波器与SA的创新组合，实现了2-μm波段SLM-TDFL性能的显著提升。87.22 dB的OSNR和kHz级线宽使其在甲烷气体检测等精密传感中具有应用潜力，而低阈值设计则为便携式医疗设备开发提供了新思路。研究团队特别指出，CDRC结构的模块化特性可推广至其他稀土掺杂光纤系统，为下一代窄线宽激光器设计提供了普适性方案。