非同步與同步諧波鎖模光纖雷射之光頻飄移控制

Abstract

在本論文中我們實際量測非同步光固子鎖模光纖雷射個別光頻分量的頻率飄移特性，驗證了非同步光固子鎖模雷射的週期性中心波長變動是來自其光頻分量的振幅分布變化而不是來自個別光頻的飄移。我們量測週期性中心波長變動的方法是將脈衝序列分別打入兩道路徑，一道直接進行RF頻譜量測，另一段則是經過不同長度的色散補償光纖後再作RF頻譜的量測，透過實驗結果可反推出雷射中心波長的週期性變動大小，其變動範圍大約是1.5 nm。至於光頻飄動的量測方法則是利用可調式光頻帶通濾波器濾出雷射輸出光中一至兩個光頻模態，讓它們和穩頻雷射的輸出光產生適當頻率之拍頻信號再透過RF頻譜來量測。未穩定前的光頻飄動範圍約在數個GHz左右，藉由增加非同步雷射的光頻寬來同時增加雷射所受到濾波的效應，光頻的飄移最小可降低到720MHz左右。我們也透過注入一道穩頻雷射的連續波來限制光頻的飄移，最小可降低到950MHz左右。 為了要更進一步來直接限制光頻的飄移，我們將一個Etalon元件加入光纖共振腔中。雖然Etalon可以限制光頻飄移，不過目前雷射只能操作於同步鎖模的狀態，尚無法觀察到非同步光固子鎖模狀態的產生。在同步鎖模下光頻的飄移最小可降低到550MHz左右，顯示Etalon元件的使用的確有助於光頻飄移的降低。在本論文中我們實際量測非同步光固子鎖模光纖雷射個別光頻分量的頻率飄移特性，驗證了非同步光固子鎖模雷射的週期性中心波長變動是來自其光頻分量的振幅分布變化而不是來自個別光頻的飄移。我們量測週期性中心波長變動的方法是將脈衝序列分別打入兩道路徑，一道直接進行RF頻譜量測，另一段則是經過不同長度的色散補償光纖後再作RF頻譜的量測，透過實驗結果可反推出雷射中心波長的週期性變動大小，其變動範圍大約是1.5 nm。至於光頻飄動的量測方法則是利用可調式光頻帶通濾波器濾出雷射輸出光中一至兩個光頻模態，讓它們和穩頻雷射的輸出光產生適當頻率之拍頻信號再透過RF頻譜來量測。未穩定前的光頻飄動範圍約在數個GHz左右，藉由增加非同步雷射的光頻寬來同時增加雷射所受到濾波的效應，光頻的飄移最小可降低到720MHz左右。我們也透過注入一道穩頻雷射的連續波來限制光頻的飄移，最小可降低到950MHz左右。 為了要更進一步來直接限制光頻的飄移，我們將一個Etalon元件加入光纖共振腔中。雖然Etalon可以限制光頻飄移，不過目前雷射只能操作於同步鎖模的狀態，尚無法觀察到非同步光固子鎖模狀態的產生。在同步鎖模下光頻的飄移最小可降低到550MHz左右，顯示Etalon元件的使用的確有助於光頻飄移的降低。在本論文中我們實際量測非同步光固子鎖模光纖雷射個別光頻分量的頻率飄移特性，驗證了非同步光固子鎖模雷射的週期性中心波長變動是來自其光頻分量的振幅分布變化而不是來自個別光頻的飄移。我們量測週期性中心波長變動的方法是將脈衝序列分別打入兩道路徑，一道直接進行RF頻譜量測，另一段則是經過不同長度的色散補償光纖後再作RF頻譜的量測，透過實驗結果可反推出雷射中心波長的週期性變動大小，其變動範圍大約是1.5 nm。至於光頻飄動的量測方法則是利用可調式光頻帶通濾波器濾出雷射輸出光中一至兩個光頻模態，讓它們和穩頻雷射的輸出光產生適當頻率之拍頻信號再透過RF頻譜來量測。未穩定前的光頻飄動範圍約在數個GHz左右，藉由增加非同步雷射的光頻寬來同時增加雷射所受到濾波的效應，光頻的飄移最小可降低到720MHz左右。我們也透過注入一道穩頻雷射的連續波來限制光頻的飄移，最小可降低到950MHz左右。 為了要更進一步來直接限制光頻的飄移，我們將一個Etalon元件加入光纖共振腔中。雖然Etalon可以限制光頻飄移，不過目前雷射只能操作於同步鎖模的狀態，尚無法觀察到非同步光固子鎖模狀態的產生。在同步鎖模下光頻的飄移最小可降低到550MHz左右，顯示Etalon元件的使用的確有助於光頻飄移的降低。

In this thesis, we examine the optical frequency variation of the asynchronous mode-locked (ASM) soliton fiber laser and confirm that its slow periodic optical center wavelength variation is originated from the spectral envelope oscillation instead of the optical frequency variation. The optical center wavelength variation is measured by making the pulse train propagating through two paths: one directly measured by a RF spectrum analyzer and the other passing through the dispersion compensation fiber of different lengths first before performing the RF measurement. The estimated center wavelength variation range from the measured spectra is about 1.5 nm. As for the optical frequency variation, we extract one or two optical mode components by a tunable optical bandpass filter first and make them beat with a stabilized laser reference. Without any stabilization, the variation range is measured to be in the order of several GHz. The optical frequency variation can be reduced down to the 720 MHz order by increasing the lasing optical bandwidth so that the bandpass filtering effect can be more effective for suppressing the fluctuations. CW optical injection from the stabilized CW laser reference can also help to reduce the optical frequency variation down to the 950 MHz order. In order to further suppress the optical frequency variation, we also try to install an etalon in the fiber cavity so as to directly limit the frequency drift. Although the optical frequency variation can be reduced down to the 550 MHz order, the mode-locked laser can only be operated in the synchronous mode-locking state so far and the ASM soliton mode-locking state is not observed. Nevertheless, the reduction of the optical frequency variation down to the 550 MHz order still suggests that an intra-cavity etalon can indeed help to reduce the optical frequency variation of the mode-locked fiber laser.