1.1單頻窄線寬光纖激光器研究與發(fā)展

　　

早在1986年，Jauncey等人就已經(jīng)提出了窄線寬的概念，他們使用摻釹光纖結(jié)合光纖Bragg光柵在1084nm處得到了激光輸出，經(jīng)過(guò)使用Fourier轉(zhuǎn)換Michelson干涉儀測(cè)量，得到激光輸出線寬為16GHz；然而，由于只是使用了線腔結(jié)構(gòu)，腔長(zhǎng)較長(zhǎng)，激光器沒(méi)有實(shí)現(xiàn)單頻運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　

直到1990年，Iwatsuki才首次真正地得到了單頻窄線寬的激光輸出，使用的是環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，配合一個(gè)1 nm譜寬帶通濾波器，使用15m長(zhǎng)摻餌光纖作為增益介質(zhì)，成功得到了單頻激光輸出，并且首次使用延遲自外差干涉儀 (Delayed Self-Heterodyne Interferometer, DSHI)對(duì)激光線寬進(jìn)行了測(cè)量，線寬達(dá)到1.4 kHz，是截至當(dāng)時(shí)線寬最窄的激光器，而且該激光器還提供2.8nm的波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍 。

　　

1991年，Gowle等人提出了一種新型的環(huán)行腔光纖激光器，通過(guò)使用分布Bragg反射鏡作為波長(zhǎng)初選濾波器，在1552nm波長(zhǎng)處得到了穩(wěn)定的單頻激光輸出，使用延遲自外差法測(cè)量得到激光線寬小于10 Hz，測(cè)量分辨率受限于使用的25km延遲線長(zhǎng)度。

　　

同年，Park等人也提出了基于環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的單頻激光器，在諧振腔內(nèi)使用了兩個(gè)Fabry-Perot (F-P)濾波器，該激光器輸出具有當(dāng)時(shí)最高的穩(wěn)定性，閾值僅為10mW，而且具有寬達(dá)30nm的可調(diào)諧范圍;然而，激光器的輸出信噪比較低，僅為35dB，而且研究者們并沒(méi)有對(duì)激光器的線寬特性進(jìn)行測(cè)量。

　　

1992年，Laporta等人利用鉺/鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖制作了腔長(zhǎng)僅為 2.5mm長(zhǎng)的超短腔光纖激光器，在1532.2nm波長(zhǎng)處得到了15mW的激光輸出，測(cè)得的線寬小于lOkHz。

　　

同年，Zyskind等人也報(bào)道了短腔光纖激光器，通過(guò)在摻鉺光纖上直接寫入一對(duì)Bragg光柵制作了腔長(zhǎng)僅為2cm的諧振腔，利用F-P干涉儀測(cè)量激光器處

　　

于單頻運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于分辨率限制，他們只是證明了激光的線寬小于6MHz，沒(méi)有對(duì)其實(shí)際線寬進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

　　

1993年，Chernikov等人分別提出了單波長(zhǎng)和雙波長(zhǎng)短腔光纖激光器，兩種激光器都可以運(yùn)行在單頻狀態(tài);提出的單波長(zhǎng)激光器輸出線寬為30kHz，雙波長(zhǎng)激光器輸出線寬為16kHz，頻率間隔為59GHz。

　　

1994年，Horowitz等人首先報(bào)道了使用未泵浦摻鉺光纖作為飽和吸收體進(jìn)行多縱模抑制，經(jīng)驗(yàn)證模式抑制效果顯著:基于線形腔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了單頻窄線寬激光輸出，線寬僅為幾kHz。同年，Kringlebotn等人通過(guò)在鉺/鐿共摻光纖上寫入相移Bragg光柵首次制作了DFB單頻光纖激光器，使用的有源光纖長(zhǎng)度為2cm，輸出功率為2mW，但是沒(méi)有對(duì)激光器的線寬特性進(jìn)行研究。

　　

1995年，Cheng等人報(bào)道了基于飽和吸收體的環(huán)形腔單頻摻鉺光纖激光器，在1535nm處得到了6.2mW的激光輸出，線寬小于950Hz，但是激光器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差。同年，Guy等人通過(guò)在環(huán)形腔中加入相移Bragg光柵作為超窄帶濾波器制作了光纖激光器，在1550 nm波長(zhǎng)處得到了線寬小于2kHz的激光輸出，這也是世界上首個(gè)使用光纖Bragg光柵作為窄帶濾波器的報(bào)道。

　　

1996年，Gloag等人報(bào)道了使用光纖Bragg光柵作為波長(zhǎng)初選濾波器的Sagnac型環(huán)形腔光纖激光器，在1530nm處得到了1.6mW的單頻激光輸出，受測(cè)量分辨率限制，線寬小于37kHz。

　　

同年，Chang等人首次報(bào)道了使用扭模技術(shù)實(shí)現(xiàn)單頻激光輸出，提出的激光器使用了三個(gè)偏振控制器(PC)，輸出波長(zhǎng)為1534nm，線寬小于l0 kHz。

 

1998年，Lee等人首次報(bào)道了基于多環(huán)形復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的光纖激光器，使用三個(gè)長(zhǎng)度不等的短環(huán)形子腔，復(fù)合腔結(jié)構(gòu)具有良好的縱模選擇能力，激光器輸出波長(zhǎng)為1533nm，消光比達(dá)到51dB，最高輸出功率為23mW，線寬約為2kHz。

　　

同年，Takushima等人首次利用非保偏光纖制作光纖激光器得到了單頻單偏振激光輸出，并且實(shí)驗(yàn)證明了此激光器具有和使用全保偏器件得到的激光相同的偏振模穩(wěn)定性;經(jīng)測(cè)量，激光輸出線寬小于1MHz。

　　

1999年，Kishi和Yazaki首次提出了利用外部光源注入進(jìn)行縱模鎖定得到單頻激光輸出的方法，結(jié)合使用飽和吸收體，得到了線寬為7.5kHz的激光輸出。 同年Yamashita等人證明了使用外部光源注入和自注入進(jìn)行模式鎖定都可以得到穩(wěn)定的單頻單偏振激光輸出，并制作了相關(guān)的DFB光纖激光器。 到了2000年以后，單頻窄線寬光纖激光器便開(kāi)始了向多元化的發(fā)展，各種功能和特性的單頻光纖激光器陸續(xù)被報(bào)道。

　　

2000年，Chang等人報(bào)道了寬調(diào)諧的線形腔單頻光纖激光器，腔長(zhǎng)為21m，腔內(nèi)使用了全光纖移頻器和飽和吸收體，得到的激光邊模抑制比高于50 dB，波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍達(dá)40nm以上。

　　

2001年，Song等人提出了一種基于環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的超窄線寬和寬調(diào)諧的單頻摻餌光纖激光器，激光器中使用了一個(gè)寬調(diào)諧的光纖Bragg光柵(寫制在使用化學(xué)方法剝離涂覆的同位素氖載光纖上)和一段4m長(zhǎng)的未泵浦摻餌光纖飽和吸收體，得到的激光輸出可調(diào)諧范圍為1522nm-1562nm，輸出線寬僅為750Hz；激光器性能優(yōu)良，但是卻沒(méi)有對(duì)激光器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性做進(jìn)一步的研究。

　　

2002年，Libatique等人報(bào)道了一種離散可調(diào)諧單縱模光纖激光器，波長(zhǎng)調(diào)諧間隔滿足ITU標(biāo)準(zhǔn)建議的波分復(fù)用系統(tǒng)所使用的波長(zhǎng)間隔;激光器采用環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，使用了飽和吸收體和一個(gè)玻璃標(biāo)準(zhǔn)具(Etalon) 濾波器，實(shí)現(xiàn)了8個(gè)通道的可調(diào)諧，通道間隔為50GHz，激光輸出邊模抑制比大于50dB，估計(jì)線寬小于10 kHz。

　　

2003年，Xu等人報(bào)道了在環(huán)形腔光纖激光器中加入半導(dǎo)體光放大器((SOA)可以有效抑制拍頻噪聲，在此處SOA相當(dāng)于一個(gè)高通濾波器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了使用SOA后拍頻噪聲抑制效果顯著，可以明顯提高信號(hào)輸出質(zhì)量。

　　

2005年，Chien等人報(bào)道了一種工作在S波段的高穩(wěn)定性單頻可調(diào)諧摻鉺光纖激光器，該激光器基于典型的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，但是使用F-P濾波器進(jìn)行濾波，并且通過(guò)使用壓電陶瓷調(diào)節(jié)F-P濾波器的透射波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)激光波長(zhǎng)的可調(diào)諧;波長(zhǎng)調(diào)諧范圍為1482nm-1812nm，功率和波長(zhǎng)波動(dòng)分別小于0.02dB和0.01 nm，但是激光器的信噪比較低，僅為31 dB。

　　

2006年，多個(gè)研究小組對(duì)單頻雙波長(zhǎng)光纖激光器進(jìn)行了報(bào)道，標(biāo)志著單頻雙波長(zhǎng)光纖激光器開(kāi)始引起廣泛關(guān)注；Sun等人提出了一種基于非對(duì)稱相移光纖Bragg光柵的雙波長(zhǎng)單頻DFB光纖激光器，通過(guò)在均勻Bragg光柵中引入兩個(gè)不一樣的相移實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)間隔僅為52pm的雙波長(zhǎng)輸出，并通過(guò)拍頻得到了6.62 G的微波信號(hào)，然而，研究者們并沒(méi)有對(duì)激光器的其他特性進(jìn)行更多研究; 同年，他們還提出了一種基于重疊相移光纖Bragg光柵的單頻雙波長(zhǎng)DFB光纖激光器，通過(guò)在光纖同一位置寫入兩個(gè)在空間上獨(dú)立但具有不同透射波長(zhǎng)相移光柵，得到了間隔為0.312nm的雙波長(zhǎng)運(yùn)行，并通過(guò)拍頻得到了線寬僅為6kHz的38.67GHz微波信號(hào)；Dai等人提出了一種簡(jiǎn)單的線形腔雙波長(zhǎng)單頻光纖激光器，主要的濾波器件為具有兩個(gè)超窄透射通道的相移光纖Bragg光柵，使用環(huán)行器作為一個(gè)腔鏡，并且用于實(shí)現(xiàn)相移光柵的透射性濾波，最后得到的雙波長(zhǎng)運(yùn)行波長(zhǎng)間隔為27pm，通過(guò)拍頻得到了線寬小于20kHz的微波信號(hào)。

　　

后來(lái)的幾年里，又有多個(gè)研究小組報(bào)道了具有類似輸出特性的單頻雙波長(zhǎng)激光器，但是，基于的結(jié)構(gòu)和濾波器件各有不同。

　　

2009年，F(xiàn)eng等人又報(bào)道了關(guān)于單/雙波長(zhǎng)可切換的單頻摻鉺光纖激光器，使用的是偏振保持光纖Bragg光柵進(jìn)行雙波長(zhǎng)的縱模選擇，結(jié)合飽和吸收體得到單頻運(yùn)行。自此開(kāi)始，單頻窄線寬光纖激光器又多了單/雙波長(zhǎng)可切換的研究方向，并產(chǎn)生了諸多此方面的報(bào)道。

　　

2010年，Tang等人又提出了高穩(wěn)定型的波長(zhǎng)間隔寬調(diào)諧單頻雙波長(zhǎng)光纖激光器，調(diào)諧范圍從0.8nm到 17nm輸出功率波動(dòng)小于0.37dB。此激光器還可以用于THz波的產(chǎn)生。

　　

2012年，Kim也提出了類似功能的單頻雙波長(zhǎng)激光器，波長(zhǎng)間隔調(diào)諧范圍為3.46nm-13.2nm。