美国科罗拉多大学研发了一种双向正常色散锁模光纤激光器，可促进精密光学计量的应用和发展。

双向锁模振荡器是一种新型光源，可广泛地应用于多个领域，如旋转传感器、异步采样和双梳光谱学等。此外，它也能够提供快速的数据采集、良好的光谱分辨率和高信噪比。因此，越来越多的科研人员已经各种平台上大力发展双向锁模振荡器。其中，双向锁模光纤激光器由于具有低的成本、良好的稳定性、紧凑的结构等优点受到了广泛的关注和研究。

然而，目前双向锁模光纤激光器的最大脉冲能量通常是在50 pJ范围内。因此，需要寻找新的方法实现更高脉冲能量的双向锁模光纤激光器。

美国科罗拉多大学的Bowen li等报道了一种双向正常色散锁模光纤激光器，获得了双向耗散孤子，其带宽大于5 THz，脉冲能量大于1 nJ。

图1  (a) 实验装置示意图；(b) 光谱；(c) 脉冲时序。CW：顺时针；CCW：逆时针

双向锁模光纤激光器的实验装置如图1所示。两个四分之一波片(QWPs)和两个二分之一波片(HWPs)被用于偏振控制，双偏振分束器(PBSs)被用作输出耦合器。输出脉冲的光谱和时序如图1(a)-1(c)所示。

平顶的光谱是典型的耗散孤子特性，相应的3-dB带宽超过了20 nm (5.3 THz)。当泵浦功率为2 W时，CW和CCW的输出功率分别为50 mW和 72 mW，因此两个方向相对应的脉冲能量均已超越1 nJ。

为了观察脉冲的频率差，输出脉冲通过5:5的耦合器分光，实验结果如图2所示。很明显，两个频率有一个小的间距(140 Hz)，如图2(a)所示。当泵浦功率从1.8 W增加到2.4 W时，锁模状态保持不变，频率差从110 THz变化到160 THz。

图2 双向锁模光纤激光器的频率稳定性

另外，CW和CCW方向的频率随着时间的变化呈现出漂移的趋势，如图2(b)所示。图2(c)给出了频率及频率差的功率谱密度，图2(d)展现了频率差的阿兰方差，这些数据表明了输出脉冲的频率稳定性。

图3 不同抽运功率时，双向锁模光纤激光器的输出脉冲特性

图3给出了不同抽运功率的输出脉冲情况，正如3(a)所示，随着抽运功率的增加，CW方向的光谱逐渐展宽，但是CCW方向的光谱仅轻微地变化，如图3(b)所示。在透过率方面，正如图3(c)和图3(d)所示，随着抽运功率的增加，CW方向的传输功率增加了42%，而在CCW方向仅增加了5%，这解释了明显的光谱演化差异。

该研究工作表明，双向锁模原理可以进一步扩展到其它等效可饱和吸收体锁模光纤激光器的平台，如低相位噪声色散管理锁模光纤激光器和环境稳定的保偏八字腔锁模光纤激光器。

总之，这项工作为新型双向锁模光纤激光器的发展铺平了道路，将促进精密光学计量的应用和发展。

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