锁模技术对掺铒光纤振荡器中超短脉冲运行机制及孤子量子化的影响研究

本文创新性地研究了掺铒全光纤环形振荡器中天然（SWCNTs）、人工（NPE）及混合锁模技术的腔内性能，系统揭示了不同锁模机制下保守孤子（359 fs）、孤子分子（SM）、谐波锁模（HML）和噪声脉冲（NLP）等超短脉冲（USP）的演化规律，为面向量子计算、光谱学等应用的特异性脉冲生成提供了关键技术选择依据。

　　

亮点

本研究首次在掺铒全光纤环形振荡器中实现了天然可饱和吸收体（BN:SWCNTs-SA）、人工非线性偏振演化（NPE）锁模及混合锁模技术的腔内性能对比。实验证明：SWCNTs-SA可自启动产生399 fs保守孤子及双脉冲孤子分子（SM），NPE能生成最短359 fs脉冲及91.25 mW高功率噪声脉冲（NLP），而混合锁模兼具宽泵浦功率适应性与孤子分子数量可控优势。

材料与方法

采用电弧放电法制备的硼氮掺杂单壁碳纳米管（BN:SWCNTs）作为天然SA，其半导体纳米管带隙（ΔE）的蓝移特性可优化锁模性能。人工SA通过非线性偏振演化（NPE）实现，实验装置（图2）包含976 nm泵浦激光器、2.9米自制掺铒光纤（EDF）及偏振控制器（PC），可同步监测腔内透射率与脉冲特性。

讨论与结论

BN:SWCNTs-SA凭借低饱和功率和强环境稳定性，适合构建紧凑型振荡器；NPE则擅长产生飞秒级脉冲及多脉冲谐波锁模（HML）。混合锁模通过PC调节实现运行模式切换，兼具两者优势。该研究为超短脉冲激光器的临床应用（如皮肤科、碎石术）及基础研究（量子计算）提供了锁模技术优选方案。

基金声明

本研究由国家任务计划（FSFN-2024-0018）资助。

作者贡献

A. Ismaeel负责实验设计、数据分析和论文撰写；A.A. Krylov指导项目构思与方法开发；E.D. Obraztsova统筹经费支持与研究方向把控。

利益声明

作者声明无潜在利益冲突。

致谢

感谢俄罗斯科学院通用物理研究所（GPI RAS）提供的掺铒光纤及"VOLOKNO"设施的技术支持。