全光纤激光系统中暗脉冲特性研究

Dark pulses have potential applications in the study of long-distance optical soliton communication, optical sensing and other fields. How to optimally design the resonator structure to generate dark pulses with different properties is a hot issue in the field of laser technology. The main contents of this proposal are as follows: Theoretically and experimentally research the effect of birefringence, dispersion and nonlinear parameters on dark pulses forming. Optimize the design of stable single wavelength polarization-domain-wall dark pulse Yb-doped fiber laser. Further more, we will research on a wide range of wavelength tunable dark pulse Yb-doped fiber laser by combined with high nonlinear fiber, comb spectral filter and fiber type variable attenuator. Finally, we will delve into the dark pulse amplification using the obtained dark pulse laser as a seed oscillator and explore the possibility of using the seed laser and amplifier to produce dark pulses with different properties. The research results will develop the theory to research the dynamics of dark pulses using fiber laser as a experimental platform, delve into dark pulse dynamic process, and construct a variety of new dark pulse laser sources to produce dark pulses with different properties for meeting the needs of related fields.

暗脉冲在研究长程光孤子通信、光传感等领域具有潜在应用价值。如何优化设计谐振腔结构进而产生不同特性的暗脉冲激光是激光技术领域的热点问题。本项目拟研究如下内容：研究光纤双折射、色散、非线性等谐振腔参量对暗脉冲形成的影响，优化设计稳定单波长偏振畴壁暗脉冲掺镱光纤激光器；结合高非线性光纤、梳状光谱滤波器及可调衰减器，研制宽范围波长可调谐暗脉冲掺镱光纤激光器；利用所获暗脉冲激光器做种子源，研究暗脉冲的放大过程，探讨利用放大器及种子激光器产生不同特性暗脉冲激光的可能性。研究结果将进一步发展利用全光纤激光系统研究暗脉冲特性的实验平台，探明暗脉冲动力学过程，构造各种新型暗脉冲激光光源，从而产生不同特性暗脉冲以满足相关领域需要。

暗脉冲在光孤子通信、光传感、光非线性相互作用研究等领域有重要应用，是激光研究领域的热点问题。科学研究表明，暗孤子在抗噪声、抗损耗、抗环境影响（放大器引起的定时抖动，脉冲内拉曼散射等）方面比亮孤子具有优势，更适合用于长程光孤子通信。因而，对暗孤子激光光源输出特性如可控产生、矢量特性、脉冲宽度可调、波长可调谐及放大等特性进行研究具有重要意义。. 本项目围绕上述暗脉冲的几个特性进行研究，探索了利用光纤双折射效应以及偏振光的非相干耦合效应产出偏振畴壁暗脉冲以及基于偏振畴的暗脉冲；基于偏振畴的暗脉冲具备实现下限深度由0到1（黑脉冲）的条件；基于偏振畴的暗脉冲宽度可实现1ns变化到百ns，具备实现脉冲宽度可调的条件；也可以通过偏振态的控制和非线性耦合强度的改变实现谐波偏振畴暗脉冲，进而提升暗脉冲的重复率；研制了全光的波长间隔精确可控的马赫—曾德干涉滤波器（利用精度为1μm的熔融光纤拉锥机，拉伸单通马赫-曾德尔干涉仪一臂上单模光纤，通过精确控制两臂的光程差，实现了滤波器的波长间隔在0.2nm到3nm范围内精确可控；分析了熔锥技术的实施条件，给出了光纤的拉伸上限）；研制了波长与损耗对应关系的波长可调谐衰减器；将所研制的两种波长可调谐器件以单独或组合的方式光应用于多类型波长可调谐光纤激光器中，取得了较好结果；将理论模型用于亮脉冲动力学特性研究，优化设计了宽带自相似及类噪声脉冲光纤激光器；研究了暗脉冲光纤放大器，灰脉冲在放大过程中，脉冲宽度在接近背景最大位置处呈现变窄趋势、下限深度呈现变深趋势，但是当泵浦功率增大到一定程度时暗冲将发生分裂，否定了利用放大器将灰脉冲放大成为黑脉冲的可能性。本项目对暗脉冲的产生、脉宽特性、波长特性、放大特性进行研究，辅以研制了相关的光纤无源器件，项目结果推动了暗脉冲光纤激光系统和精密光纤无源器件的发展。