获得稳定高性能激光脉冲的新途径

高重复频率脉冲激光器有着广泛的应用，从光通信到微波光子学等等。超短光脉冲序列的产生通常涉及到纵向激光腔模的锁定相位。1997年，提出了一种基于耗散四波混频（DFWM）的机制，其关键部件包括梳状滤波器和高非线性元件。自那时起，采用耗散四波混频的高重复率脉冲串的演示开发了各种梳状滤波器和非线性元件。

2012年，Peccianti等人。提出了一种基于硅微环谐振器的稳定的200 Ghz超快光纤激光器，该谐振器用作集成梳状滤波器以增强耗散四波混频锁模。但是二氧化硅方案的成本很高，并且涉及到光纤和二氧化硅波导之间的耦合损耗。因此，利用耗散四波混频产生高重复率激光脉冲的低成本全光纤谐振器仍然是非常理想的。然而，标准光纤中缺乏强非线性一直是触发高重复率短脉冲产生的重要障碍。

混合等离子体微纤维结谐振器

南京大学和上海大学的一个研究小组最近展示了一种基于新型微纤维器件：混合等离子体微纤维结谐振器（HPMKR）通过耗散四波混频获得稳定、高重复率激光脉冲的新方法。他们的这项研究已发表在最新一期的《先进光子学Advanced Photonics》杂志上。

由于微纤维器件具有强的倏逝场、低插入损耗、与全光纤系统兼容等优点，特别是在微纤维谐振器中得到了广泛的应用。锥形微纤维具有明显的小直径和空气包层，与普通单模光纤相比具有高度的非线性。例如，直径为2μm的超细纤维的非线性系数γ被计算为标准SMF（1550nm）的50倍左右。

这项工作的关键设备，混合等离子体微纤维结谐振器，包括一个结谐振器，该结谐振器由锥形微纤维构成，该微纤维附着在具有镀金表面的玻璃基板上，然后用聚二甲基硅氧烷（PDMS）聚合物封装。普通微纤维谐振器的实际Q因子远低于104，但在这项工作中，Q在实验上被优化到接近106。由于金的精细附着而引入的强表面等离子体激元使器件具有显著的偏振特性，最大偏振相关损耗（PDL）为19.75db。

混合等离子体微纤维结谐振器激光器

下一步，将混合等离子体微纤维结谐振器器件嵌入标准环形光纤激光器腔中。混合等离子体微纤维结谐振器的大PDL导致激光腔内的非线性偏振旋转（NPR），产生大瞬时功率的调Q或锁模脉冲，以补偿相对较低的非线性，激发耗散四波混频。由于其在光纤激光器中的多用途作用，研究人员将这种激光方案称为“NPR激励耗散四波混频”

混合等离子体微纤维结谐振器不仅是一种宽带偏振元件，而且是一种高质量的滤波器和非线性元件。激光振荡与以往所有耗散四波混频方案形成鲜明对比，在耗散四波混频方案中，消除了极高非线性元素的必要性。该器件有效地降低了实现耗散四波混频的门槛，消除了阻碍高Q器件制造的复杂性。在1550nm处获得了41.2～144.3ghz的稳定脉冲序列。

这项创新性的研究使先进的微纤维谐振器在激光和非线性光学领域具有潜在的应用前景，特别是由于混合等离子体微纤维结谐振器结构简洁、全光纤兼容。

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