TW202309575A - 光纖雷射、對光學訊號放大的方法 - Google Patents

Abstract

各種實例性實施例是有關於光纖雷射技術領域。一種光纖雷射可包括主動光纖及移頻器，所述主動光纖被配置成對光學訊號進行放大，所述移頻器可光學耦合至所述主動光纖。移頻器可被配置成引起光學訊號在第一方向上的頻率偏移。所述光纖雷射可更包括帶通濾波器，所述帶通濾波器可光學耦合至移頻器。帶通濾波器及主動光纖可被配置成引發光學訊號在與第一方向相反的第二方向上的反向頻率偏移。

Description

具有腔內頻率偏移之光纖雷射以及帶通濾波器

各種實例性實施例大體而言是有關於光纖雷射（fiber laser）技術領域。一些實例性實施例是有關於採用啁啾脈衝放大（chirped pulse amplification）來改善光纖雷射的穩定性。

光纖雷射及放大器技術可用於各種應用中。用於獲得高峰值功率的一種方式是使用啁啾脈衝放大技術，其中雷射脈衝（laser pulse）被在時間與頻譜兩方面上拉伸、被放大，並最終被壓縮以補償所述拉伸。脈衝放大的品質可能相依於脈衝的形狀、啁啾的特性以及光纖雷射的穩定性。

提供本發明內容是為了以簡化形式介紹以下在詳細說明中進一步闡述的一系列概念。本發明內容並非旨在辨識所請求保護的標的物的關鍵特徵或本質特徵，亦非旨在用於限制所請求保護的標的物的範圍。

本揭露的實例性實施例會改善光纖雷射的穩定性。在從屬請求項、說明書及圖式中提供進一步的實施形式。

根據第一態樣，提供一種光纖雷射。所述光纖雷射可包括：主動光纖（active optical fiber），被配置成對光學訊號進行放大；移頻器（frequency shifter），光學耦合至主動光纖，其中移頻器被配置成引起光學訊號在第一方向上的頻率偏移；以及帶通濾波器，光學耦合至移頻器，其中帶通濾波器及主動光纖被配置成引發光學訊號在與第一方向相反的第二方向上的反向頻率偏移。

根據第一態樣的實例性實施例，所述光纖雷射可更包括：共振腔（resonant cavity），包括主動光纖、移頻器及帶通濾波器。

根據第一態樣的實例性實施例，共振腔可更包括可飽和吸收器（saturable absorber）。

根據第一態樣的實例性實施例，帶通濾波器可具有固定中心頻率。

根據第一態樣的實例性實施例，主動光纖可被配置成實質上在帶通濾波器的固定中心頻率處提供最大增益。

根據第一態樣的實例性實施例，第一方向上的頻率偏移可為10百萬赫至1000百萬赫。

根據第一態樣的實例性實施例，第一方向上的頻率偏移可為約80百萬赫。

根據第一態樣的實例性實施例，帶通濾波器的寬度可為2奈米至5奈米。

根據第一態樣的實例性實施例，帶通濾波器可具有實質上高斯（Gaussian）或超高斯（super Gaussian）的頻率響應。

根據第一態樣的實例性實施例，光學訊號可包括相似子脈衝（similariton pulse）。

根據第一態樣的實例性實施例，所述光纖雷射可被配置用於光學訊號的啁啾脈衝放大。

根據第二態樣，提供一種方法。所述方法可包括：由主動光纖對光學訊號進行放大；使光學訊號在第一方向上發生頻率偏移；以及由帶通濾波器及主動光纖引發光學訊號在與第一方向相反的第二方向上的反向頻率偏移。

根據第二態樣的實例性實施例，共振腔可包括主動光纖、移頻器及帶通濾波器

根據第二態樣的實例性實施例，共振腔可更包括可飽和吸收器。

根據第二態樣的實例性實施例，帶通濾波器可具有固定中心頻率。

根據第二態樣的實例性實施例，主動光纖可被配置成實質上在帶通濾波器的固定中心頻率處提供最大增益。

根據第二態樣的實例性實施例，第一方向上的頻率偏移可為10百萬赫至1000百萬赫。

根據第二態樣的實例性實施例，第一方向上的頻率偏移可為約80百萬赫。

根據第二態樣的實例性實施例，帶通濾波器的寬度可為2奈米至5奈米。

根據第二態樣的實例性實施例，帶通濾波器可具有實質上高斯或超高斯的頻率響應。

根據第二態樣的實例性實施例，光學訊號可包括相似子脈衝。

根據第二態樣的實例性實施例，所述方法可更包括由所述光纖雷射實行光學訊號的啁啾脈衝放大。

由於諸多伴隨特徵藉由參照結合隨附圖式考量的以下詳細說明將被更佳地理解，因此其將更易於被領會。

現將詳細參考實例性實施例，所述實例性實施例的實例示出於隨附圖式中。以下結合所附圖式提供的詳細說明旨在作為對本發明實例的說明，而非旨在表示本發明實例可被構造或利用的唯一形式。所述說明闡述所述實例的功能以及構造及操作所述實例的步驟順序。然而，亦可藉由不同的實例來達成相同或等效的功能及順序。

藉由啁啾脈衝放大技術對光學訊號的短脈衝進行放大使得能夠獲得高峰值功率，此在光纖雷射系統中一般是所期望的。然而，此種脈衝放大的品質以及脈衝減小至變換極限值（transform-limited value）而無旁瓣（sidelobe）的可壓縮性（compressibility）可能相依於脈衝形狀及啁啾。在啁啾脈衝放大中，自光纖雷射的腔傳出的脈衝可為啁啾式的，即具有隨時間變化的波長，例如增加的波長。此外，所述脈衝可能是長的，例如大約為數皮秒（picosecond，ps）或數十皮秒。此可能歸因於在光學訊號在所述腔中傳播的同時發生的累積色散（accumulated dispersion）。

然而，在外部，脈衝可例如利用引入相反符號色散的光學元件而被壓縮減小至所謂的變換極限值。此值可藉由頻譜寬度來確定，所述頻譜寬度可能幾乎是光譜的半峰全寬（full-width at half maximum）的倒數。變換極限值可例如低於數百飛秒（femtosecond）。除了色散以外，脈衝亦可能累積非線性（nonlinearity），且可能無法利用光學元件來補償此現象。因此，經壓縮的脈衝可能含有主峰及旁瓣（例如，小的側峰）。後者可被視為不希望的訊號分量，此乃因其自主峰吸取功率。隨著此種脈衝的進一步放大，情況可能變得更糟，而旁瓣可能更明顯，此意味著所述旁瓣含有更多的功率。此外，在放大之後可能出現相似的效果。此乃超短脈衝雷射系統中的放大可能要求高的原因。

在可由光纖雷射產生的不同脈衝之中存在拋物線狀脈衝（parabolic shaped pulse）（相似子（similariton）），其可具有適合用於放大的特性。相似子可耐受高非線性相位，且因此擁有實質上無光波分裂（wave-breaking）的性質。在具有基於正常色散構成光纖的放大器級（normal dispersion constituted fiber-based amplifier stage）的光纖中進行傳播期間，相似子脈衝可實質上維持其拋物線形狀及線性啁啾，而頻譜寬度與時間寬度二者可隨距離成指數地展寬，從而潛在地使得相似子能夠具有寬的頻譜頻寬，且因此，可獲得短的脈衝持續時間。此種特徵使得脈衝能夠壓縮減小至變換極限值而無旁瓣，且功率可集中於單一短脈衝內。

然而，相似子脈衝可能非常不穩定，且因此可例如借助於腔內頻譜展寬補償及抑制低強度不穩定性來在腔內應用穩定化。否則，腔內的不穩定性可能會導致脈衝被破壞，而只有連續波（continuous wave，CW）（窄頻帶）訊號留在腔內。因此，為了恢復脈衝操作，可能有必要例如藉由旋轉或移動光學組件或者藉由改變幫浦功率來手動調節雷射參數。

在全正常腔（all-normal cavity）與具有色散圖（dispersion map）的腔二者中均可成功地解決腔內頻譜展寬補償的問題。然而，雷射腔的環境穩定性問題仍然存在。因此，本揭露的實例性實施例能夠改善光纖雷射的環境穩定性。舉例而言，可使相似子脈衝達成改善的穩定性，相似子脈衝一般對例如（舉例而言）氣流及甚至小的溫度變化（例如，小於一度）等任何擾動均敏感。本文中所述實例性實施例能夠獲得對外部擾動或甚至內部擾動，例如腔內連續波訊號）低得多的敏感度。

低強度不穩定性可藉由佈置於腔中的可飽和吸收器來抑制。然而，找到後一問題的解決方案的複雜度受到腔中的相似子體系（similariton regime）可能需要超快可飽和吸收此一事實所影響。一種用於相似子雷射的解決方案是非線性極化旋轉（nonlinear polarization rotation，NPR），其可用於藉由引入非線性損耗來抑制不穩定性。來自光纖雷射的短脈衝可例如自採用NPR鎖模（NPR mode-locking）的具有自洽相似子演化（self-consistent similariton evolution）的腔獲得。然而，NPR可能會受到環境擾動的影響，且可能需要定期手動調節以使雷射維持於操作狀態。此外，由於頻譜展寬補償機制，在1300奈米以下進行操作的全正常光纖雷射中對外部擾動的敏感度可能高於具有色散補償的腔的情形。因此，單獨使用NPR技術可能不適合於全正色散（all-normal dispersion，ANDi）光纖雷射中的免持操作（hands-free operation），且因此NPR可能難以應用於工業雷射中。因此，在商業高峰值功率系統中使用相似子脈衝進行放大可能頗具挑戰性。

由於穩定性高、維護成本低且光束品質高，基於光纖的超短脈衝雷射可被視為諸多基於雷射的應用的賦能器（enabler）。然而，此種系統可能非常複雜，且包括多級基於光纖的放大器。儘管光纖技術具有優勢，其亦會帶來非線性效應的缺點，例如引入非線性相位的自相位調變（self-phase modulation）。在放大期間，此種效應可能對脈衝的品質及可壓縮性產生負面影響。可使用附加的脈衝形狀校正來克服此問題。然而，此可能會限制系統效能，且需要包括附加的元件。另一解決方案將為使用相似子脈衝。具有帶有線性啁啾的拋物線形狀的相似子脈衝可適合用於光纖雷射系統中的放大。舉例而言，相似子脈衝的特徵可在於不限制非線性相位累積而無光波分裂。此使得能夠達成具有極佳脈衝品質的功率可擴縮性（power scalability），且在單一脈衝中保留實質上所有功率。針對基於光纖的雷射種子（laser seed）所產生的相似子來實施可靠的解決方案將使得能夠開發相似子脈衝被放大的新類雷射系統，從而達成改善的脈衝品質及更高的功率。

根據實例性實施例，一種光纖雷射可包括主動光纖及移頻器，主動光纖被配置成對光學訊號進行放大，移頻器可光學耦合至主動光纖。移頻器可被配置成引起光學訊號在第一方向上的頻率偏移。光纖雷射可更包括帶通濾波器，所述帶通濾波器可光學耦合至移頻器。帶通濾波器及主動光纖可被配置成引發光學訊號在與第一方向相反的第二方向上的反向頻率偏移。

反向頻率偏移可由主動光纖與帶通濾波器的組合引發。光纖處的放大的非線性會引起脈衝訊號的頻譜展寬。然而，由於連續波訊號的峰值功率可能較低，因此其可能無法經歷頻譜展寬。一般而言，對於窄頻帶訊號，頻譜展寬可能較小。由於在帶通濾波器的中心頻率處放大仍舊很強，因此光學訊號的頻譜成分（spectral content）朝向濾波器的中心移回，從而引起反向偏移。移頻器、帶通濾波器及主動光纖因此可被配置成將窄頻帶訊號（例如，CW）濾除並使例如（舉例而言）本文中所述的脈衝光學訊號等寬頻帶訊號通過。

儘管已利用相似子脈衝作為實例闡述了一些實例性實施例，然而應領會，實例性實施例亦可應用於其他類型的脈衝。然而，實例性實施例可有利地應用於相似子脈衝，其他技術則可能無法為相似子脈衝提供充分的脈衝品質。

圖1示出根據實例性實施例的光纖雷射的實例。光纖雷射100可用於例如產生啁啾相似子脈衝。光纖雷射100可包括共振腔101。共振腔101可例如由兩個反射鏡形成（可選地與其他組件一起形成），所述鏡中的一者局部透明，以使得雷射光能夠自腔逸出。然而，作為另外一種選擇，所述實例性實施例可應用於其他類型的腔設計，而非由兩個鏡封端的線性腔。共振腔101可例如包括8字形腔（figure-eight cavity）、9字形腔（figure-nine cavity）、環形腔（ring cavity）或類似的腔。共振腔101可包括幫浦輻射源102，或者一般由幫浦輻射源102輸入。共振腔可更包括組件（元件）103至組件（元件）108。然而，一些所述組件可為可選的。

共振腔101可包括主動光纖104，例如摻雜稀土元素的單模主動光纖。舉例而言，主動光纖104的芯可摻雜有至少一種稀土元素。因此，主動光纖104可被配置成對光學訊號進行放大。稀土元素包括一組材料，包括鈰（Ce）、鏑（Dy）、鉺（Er）、銪（Eu）、釓（Gd）、鈥（Ho）、鑭（La）、鑥（Lu）、釹（Nd）、鐠（Pr）、鉕（Pm）、釤（Sm）、鈧（Sc）、鋱（Tb）、銩（Tm）、鐿（Yb）及釔（Y）。

主動光纖104的芯可摻雜有該些元素中的一或多者，例如摻雜有Er或Yb，或者摻雜有Er與Yb的組合。在操作期間主動光纖104的稀土離子可吸收由幫浦輻射源102提供的幫浦輻射。幫浦輻射可藉由輸入光纖耦合器103耦合至主動光纖104。主動光纖104內的放大可藉由受激發射（stimulated emission）來達成。不同的稀土元素可用於不同的波長。舉例而言，Yb可用於980奈米至1100奈米波長範圍，而Er可用於1535奈米至1600奈米波長範圍。

主動光纖104可被配置成支援單模操作。單模光纖可被配置成載送單模光（single mode of light），單模光可被理解為經由主動光纖104的芯進行傳播的單一光線。單模光纖可具有相對細的芯。舉例而言，當所謂的正規化頻率

時，階變折射率光纖（step index fiber）可達成單模傳播體系，其中

，其中

是波長，

是芯的半徑，

是芯的數值孔徑（numerical aperture），且其中

及

分別是芯及環繞所述芯的包覆層（cladding layer）的折射率。

共振腔101可更包括可飽和吸收器105，其可為被動可飽和吸收器。可飽和吸收器105可被配置成對入射光提供可飽和吸收效果。可飽和吸收器105可光學耦合至主動光纖104的輸出。（被動）可飽和吸收器105可為可基於入射光的非線性材料吸收來進行操作的光學組件。可飽和吸收器的實例包括半導體可飽和吸收鏡（semiconductor saturable absorber mirror，SESAM）、碳奈米管（carbon nanotube，CNT）或類似組件。可飽和吸收器105亦可被配置成例如借助於人工可飽和吸收（例如非線性極化旋轉、相移或類似方式）來提供非線性的入射光吸收機制。

共振腔101可更包括移頻器106，。移頻器106可光學耦合至可飽和吸收器105，或者若不存在可飽和吸收器105，則光學耦合至主動光纖104。因此，移頻器106可直接地或間接地（例如經由可飽和吸收器105）光學耦合至主動光纖104，以便自主動光纖104接收光學訊號。

移頻器106可包括例如基於聲光效應（acousto-optic effect）而進行操作的聲光移頻器（acousto-optic frequency shifter）。當向聲光移頻器的玻璃施加電壓時，所述電壓可能會在玻璃內部引發聲柵（acoustic grating）。然而，經由所述柵進行傳播的光經歷繞射，同時中心頻率發生少量（例如大約數十百萬赫）的偏移。

共振腔101可更包括帶通濾波器107。帶通濾波器107可為光學組件，其可被實施為單獨的組件（例如，帶光纖尾纖（fiber pigtailed）的組件）或者與共振腔101的任何其他元件整合。帶通濾波器107可例如包括沈積於基板（例如玻璃）上的一系列介電材料層。介電材料層可引發所期望波長或波長範圍的選擇性透射。所述層彼此之間的不同可能在於其折射率。舉例而言，帶通濾波器107可包括夾層結構（sandwich structure），其中低折射率材料層之後是其他高折射率材料層。然而，所述層可藉由間隔件而分離。每一介電層的厚度可為近似λ/4，其中λ是帶通濾波器的中心波長。中心波長亦可對應於經由帶通濾波器107的最高透射率。間隔層可放置於介電堆疊之間，且具有為( nλ)/2的厚度，其中 n是整數。間隔層可包括有色玻璃層、環氧樹脂層、染料層、金屬層或介電層。藉由夾於介電層之間的每一間隔層，可形成法布里-伯羅腔（Fabry-Perot cavity）。帶通濾波器107可安裝於經雕刻的金屬環上。此會改善保護性及易處置性。上述夾層型結構可製作於移頻器玻璃的表面上。因此，帶通濾波器107可與移頻器106整合於一起。作為另外一種選擇，夾層型結構可製作於單獨的玻璃基板上，所述玻璃基板可插入於腔的任何組件（例如光纖耦合器103、光纖耦合器108）中，或者具有其自己的帶有光纖輸入及輸出的封裝。一般而言，可使用任何適合類型的帶通濾波器。

共振腔101可更包括輸出光纖耦合器108，輸出光纖耦合器108可被配置成將一部分光耦合至共振腔101之外。上述光纖組件可包括非極化維持單模光纖（non-polarization-maintaining single-mode fiber）或極化維持單模光纖（polarization-maintaining single-mode fiber），或者由非極化維持單模光纖或極化維持單模光纖構成。

圖1所示光纖雷射100能夠使用採用頻率偏移使雷射操作穩定化的移頻器106來使相似子雷射穩定化。因此，穩定化的相似子雷射可包括：被配置成發射光的光纖耦合式幫浦源、用於將來自光纖耦合式幫浦源的幫浦能量耦合至共振腔的輸入光纖耦合器。幫浦能量可由經稀土摻雜的單模光纖吸收，以達成居量反轉（population inversion）。穩定化的相似子雷射可更包括被配置成向入射光提供可飽和吸收效果的被動可飽和吸收器、移頻器、窄帶通濾波器及用於自共振腔耦合出一些光的輸出耦合器。移頻器可持續地對入射光應用頻率偏移。因此，入射光可能在頻域中持續地朝向窄帶通濾波器的一個邊緣偏移，且可能在窄帶通濾波器的邊緣附近的光分量上引入損耗。當在光纖中傳播時，具有高峰值功率的光脈衝可藉由非線性來補償損耗，而連續波光無法引發足夠的非線性來補償損耗，且因此將逐漸消失。藉由此種機制，連續波光分量將被抑制。以下將參照圖2及圖3進一步闡述光纖雷射100的操作。

圖2示出根據實例性實施例的當脈衝的頻譜寬度窄於帶通濾波器的頻譜寬度時的頻率偏移的實例。示出具有腔內帶通濾波器的鎖模光纖雷射的頻率偏移操作原理。圖2示出針對在ANDi雷射中形成的保守、色散管理式孤立子（dispersion-managed soliton，DM）及耗散式孤立子（dissipative soliton）的脈衝體系特性的頻率偏移回饋（frequency shifted feedback，FSF）鎖模方案。在色散管理式孤立子的情形中腔可包括具有負色散值及正色散值的分量。

曲線201示出抵達帶通濾波器107的光學訊號（光）的頻譜。光學訊號可包括脈衝，例如相似子脈衝。脈衝頻譜的中心頻率最初處於 ω ₁。帶通濾波器的以頻率 ω ₀為中心的頻率響應用虛線示出。帶通濾波器的頻率響應可具有實質上高斯形狀或超高斯形狀。此種濾波器的平滑斜率有益於光學訊號的頻譜成形（spectral shaping）。使用具有此種頻率響應的濾波器使得能夠避免可能對雷射的操作造成負面影響的突變式頻譜形狀（abrupt spectral shape）。與中心頻率掃過一頻率範圍的濾波器形成對照，帶通濾波器107的中心頻率可為固定的，例如不隨時間變化且獨立於傳入脈衝的頻率。在此實例中，傳入脈衝的頻譜窄於帶通濾波器107的寬度。

曲線202示出已藉由帶通濾波器107而被切割並藉由移頻器106而偏移的脈衝頻譜，所述脈衝頻譜具有中心頻率 ω ₂。由移頻器106引入頻率偏移Δ ω _shift= ω ₂− ω ₁。頻率偏移量一般可在百萬赫範圍（例如10百萬赫至1000百萬赫）內。在一個實施例中，頻率偏移為約80百萬赫。帶通濾波器的寬度可為2奈米至5奈米（就波長而言）。該些參數提供適合用於抑制工業光纖雷射中窄頻帶訊號的配置的實例。一般而言，移頻器106可被配置成引起自主動光纖104接收的光學訊號在第一方向上（向上或向下）的頻率偏移。

帶通濾波器107與主動光纖104可一起被配置成引發光學訊號的反向頻率偏移。反向頻率偏移可在與第一方向（由移頻器106達成的頻率偏移的方向）相反的第二方向上發生。舉例而言，若移頻器106被配置成使脈衝頻譜向上偏移，則反向偏移可能向下發生，反之亦然。帶通濾波器107可被視為結合主動光纖104處的放大來引發反向頻率偏移。主動光纖104可被配置成實質上在帶通濾波器107的中心頻率處提供最大增益。因此，當帶通濾波器107的中心頻率與脈衝頻譜的中心重合時，可能出現最大放大。

移頻器107使脈衝頻譜的中心頻率朝向帶通濾波器107的邊緣移動（向上或向下）。此對於窄（例如，CW）頻譜及寬（脈衝訊號）頻譜二者而言效果一樣。當頻譜寬時，帶通濾波器107附加地切割所述頻譜的一部分，且在經歷帶通濾波器之後的頻譜寬度等於帶通濾波器107的寬度。在主動光纖104中的放大階段期間，所得的頻譜經歷展寬。

然而，慮及如圖3中所示的向上頻率偏移方向，此種頻譜放大在頻譜的左邊部分較在頻譜的右邊部分更高效，此乃因最大增益在帶通濾波器107的中心部分處。因此，頻譜中心波長被移回，此引起反向偏移。

由於脈衝訊號具有更多樣的頻率成分（frequency content），因此脈衝訊號的峰值功率高於CW訊號的峰值功率。因此，自相位調變引起脈衝訊號的頻譜展寬，而CW訊號頻譜保持不變，從而持續地偏離濾波器通帶，且因此每次往返均會經歷高損耗。因此，CW訊號將逐漸消失。

因此，在共振腔101中具有連續引入向上或向下的小頻率偏移的功能的移頻器106能夠在帶通濾波器107（頻譜濾波器）的幫助下在頻域中對強脈衝與低強度連續波（CW）輻射進行區分。

任何鎖模技術可能僅可在具有正回饋的腔中達成，此意味著更大的強度可能經歷更低的損耗。在NPR鎖模的情形中，控制器及極化器的定向的選擇可能引起共振器的透射隨著脈衝的峰值功率的增大或者脈衝變窄（pulse narrowing）而增加的情況從而使得脈衝訊號自CW訊號有效地分離。在FSF鎖模的情形中，當所產生的脈衝通過移頻器106並隨後由帶通濾波器107（圖2）進行過濾時，可形成正回饋。在頻率偏移的影響下，脈衝頻譜相對於帶通濾波器107的中心位移。然而，如上所述，帶通濾波器107引發反向偏移。反向頻率偏移的量可與帶通濾波器107在頻率偏移之後的脈衝頻譜頻率（ ω ₂）處的斜率以及脈衝頻譜寬度的平方成比例。隨著該些力的平衡，出現了對應於正回饋的情況。具有寬頻譜的脈衝經歷較少的損耗，此乃因其載波頻率較窄頻帶脈衝的載波頻率更靠近於帶通濾波器107的中心。因此，連續譜（continuum）（雜訊）及窄頻帶脈衝被過濾，且其能量被轉移至寬頻帶脈衝。此過程使得非常高效地在共振腔101中形成環境穩定性高的脈衝體系。

圖3示出根據實例性實施例的當脈衝的頻譜寬度寬於帶通濾波器的頻譜寬度時的頻率偏移的實例。示出具有腔內帶通濾波器的鎖模光纖雷射的頻率偏移操作原理。圖3示出具有相似子放大器雷射（similariton amplifier laser）的FSF鎖模方案。

在相似子雷射的情形中，脈衝的參數在其演化期間可能經歷顯著的變化。因此，帶通濾波器107可接收頻譜寬度（參見，曲線301）超過帶通濾波器107的寬度（虛線）若干倍（例如大於五倍）的脈衝。曲線302再次示出在經歷移頻器106及帶通濾波器107之後的脈衝頻譜。在此種情形中，由帶通濾波器107引發的反向偏移可能顯著增加，且不同強度的脈衝之間的透射差異可能減小。然而，應注意，儘管寬頻帶脈衝的反向偏移增加，然而正回饋對於在同一腔中傳播的窄頻帶脈衝或低強度CW仍舊強而有效。

更應注意，單獨使用NPR技術或FSF技術可能無法提供可靠的相似子體系。體系建立所需的參數可為非現實的（FSF），或者非常有限的（NPR）。因此，任何外部擾動均可能導致體系失穩（regime destabilization）。對相似子型雷射利用所揭露的混合鎖模使得借助於高效地過濾低強度不穩定性及窄頻帶（例如，CW）訊號而為共振腔101帶來附加的脈衝穩定化機制。此外，可進行鎖模操作的雷射參數範圍亦擴大。因此，系統對於外部擾動而言更穩健。

因此，本文中所揭露的實例性實施例借助於改善的放大效率、功率可擴縮性及近乎完美的脈衝品質來提供使基於雷射的系統的效能更高的益處。相似子脈衝可為光纖雷射系統提供所期望的解決方案。本揭露的實例性實施例會改善相似子種子（similariton seed）可靠性，且藉此達成基於相似子的解決方案在商業裝置中的工業應用。

圖4示出根據實例性實施例的用於對光纖雷射中的光學訊號進行放大的方法的實例。

在401處，所述方法可包括由主動光纖對光學訊號進行放大。

在402處，所述方法可包括使光學訊號在第一方向上發生頻率偏移。

在403處，所述方法可包括由帶通濾波器及主動光纖引發光學訊號在與第一方向相反的第二方向上的反向頻率偏移。

如在所附申請專利範圍及說明書通篇中所述，所述方法的進一步特徵直接來自例如光纖雷射100或者其一或多個組件的功能及參數，且因而此處不再對其予以贅述。如結合各種實例性實施例所闡述，亦可應用所述方法的不同變型。本文中給出的任何範圍或值均可被擴展或更改，而不會失去所尋求的效果。此外，除非明確禁止，否則任何實施例亦可與另一實施例進行組合。

儘管已用專用於結構特徵及/或動作的語言闡述了標的物，然而應理解，所附申請專利範圍中所定義的標的物不必限於上述特定特徵或動作。確切而言，上述特定特徵及動作是作為實施申請專利範圍的實例而揭露，且其他等效特徵及動作亦旨在處於申請專利範圍的範圍內。

應理解，上述益處及優點可能是有關於一個實施例，或者可能是有關於若干個實施例。所述實施例不限於解決所陳述問題中的任一者或所有者的實施例或者具有所陳述益處及優點中的任一者或所有者的實施例。更應理解，對「一（an）」物項的引用可指代該些物項中的一或多者。

本文中使用用語「包括（comprising）」來意指包括所辨識的區塊或元件，但此類區塊或元件不包括排他的列表。因此，根據任何實例性實施例的設備可含有附加的區塊或元件。

儘管對象可能被稱為「第一」對象或「第二」對象，然而此並未必表示所述對象的任何次序或重要性。相反，此類屬性可僅用於在對象之間作出區別的目的。

應理解，以上說明僅作為實例給出，且熟習此項技術者可作出各種潤飾。以上說明書、實例及資料提供對實例性實施例的結構及用途的完整說明。儘管以上已以一定程度的特殊性或者參照一或多個各別實施例闡述了各種實施例，然而熟習此項技術者可在不背離本說明書的範圍的情況下對所揭露實施例作出大量更改。

100:光纖雷射 101:共振腔 102:幫浦輻射源 103:光纖耦合器 104:主動光纖 105:可飽和吸收器 106:移頻器 107:帶通濾波器 108:光纖耦合器 201、202、301、302:曲線 401、402、403:步驟 ω ₀:頻率 ω ₁:中心頻率 ω ₂:中心頻率/脈衝頻譜頻率 Δ ω _shift:頻率偏移

隨附圖式示出實例性實施例且與說明一起助於理解所述實例性實施例，本文包括所述隨附圖式是為了提供對實例性實施例的進一步理解並構成本說明書的一部分。在圖式中： 圖1示出根據實例性實施例的光纖雷射的實例。 圖2示出根據實例性實施例的當脈衝的頻譜寬度（spectral width）窄於帶通濾波器的頻譜寬度時的頻率偏移的實例。 圖3示出根據實例性實施例的當脈衝的頻譜寬度寬於帶通濾波器的頻譜寬度時的頻率偏移的實例。 圖4示出根據實例性實施例的用於對光纖雷射中的光學訊號進行放大的方法的實例。 在隨附圖式中，相同的標記用於表示相同的部件。

100:光纖雷射

101:共振腔

102:幫浦輻射源

103:光纖耦合器

104:主動光纖

105:可飽和吸收器

106:移頻器

107:帶通濾波器

108:光纖耦合器

Claims (22)

1. 一種光纖雷射，包括： 主動光纖，被配置成對光學訊號進行放大； 移頻器，光學耦合至所述主動光纖，其中所述移頻器被配置成引起所述光學訊號在第一方向上的頻率偏移；以及 帶通濾波器，光學耦合至所述移頻器，其中所述帶通濾波器及所述主動光纖被配置成引發所述光學訊號在與所述第一方向相反的第二方向上的反向頻率偏移。
2. 如請求項1所述的光纖雷射，更包括： 共振腔，包括所述主動光纖、所述移頻器及所述帶通濾波器。
3. 如請求項2所述的光纖雷射，其中所述共振腔更包括可飽和吸收器。
4. 如任一前述請求項所述的光纖雷射，其中所述帶通濾波器具有固定中心頻率。
5. 如請求項4所述的光纖雷射，其中所述主動光纖被配置成實質上在所述帶通濾波器的所述固定中心頻率處提供最大增益。
6. 如任一前述請求項所述的光纖雷射，其中所述第一方向上的所述頻率偏移為10百萬赫至1000百萬赫。
7. 如請求項1至請求項5中任一項所述的光纖雷射，其中所述第一方向上的所述頻率偏移為約80百萬赫。
8. 如任一前述請求項所述的光纖雷射，其中所述帶通濾波器的寬度為2奈米至5奈米。
9. 如任一前述請求項所述的光纖雷射，其中所述帶通濾波器具有實質上高斯或超高斯的頻率響應。
10. 如任一前述請求項所述的光纖雷射，其中所述光學訊號包括相似子脈衝。
11. 如任一前述請求項所述的光纖雷射，被配置用於所述光學訊號的啁啾脈衝放大。
12. 一種方法，包括： 由主動光纖對光學訊號進行放大； 使所述光學訊號在第一方向上發生頻率偏移；以及 由帶通濾波器及所述主動光纖引發所述光學訊號在與所述第一方向相反的第二方向上的反向頻率偏移。
13. 如請求項12所述的方法，其中所述共振腔包括所述主動光纖、所述移頻器及所述帶通濾波器。
14. 如請求項13所述的方法，其中所述共振腔更包括可飽和吸收器。
15. 如請求項12至請求項14中任一項所述的方法，其中所述帶通濾波器具有固定中心頻率。
16. 如請求項15所述的方法，其中所述主動光纖被配置成實質上在所述帶通濾波器的所述固定中心頻率處提供最大增益。
17. 如請求項12至請求項16前述請求項中任一項所述的方法，其中所述第一方向上的所述頻率偏移為10百萬赫至1000百萬赫。
18. 如請求項12至請求項16中任一項所述的方法，其中所述第一方向上的所述頻率偏移為約80百萬赫。
19. 如請求項12至請求項18中任一項所述的方法，其中所述帶通濾波器的寬度為2奈米至5奈米。
20. 如請求項12至請求項19中任一項所述的方法，其中所述帶通濾波器具有實質上高斯或超高斯的頻率響應。
21. 如請求項2至請求項20中任一項所述的方法，其中所述光學訊號包括相似子脈衝。
22. 如請求項12至請求項21中任一項所述的方法，被配置用於所述光學訊號的啁啾脈衝放大。

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