光纤激光器仿真：(5)类噪声脉冲

前言

到目前为止，被动锁模光纤激光器的已经被用以产生稳定的、相干的超短脉冲，包括传统孤子，色散管理孤子，自相似孤子，以及耗散孤子共振。但也有报道称，即使在非常相似的腔结构中，它们也可以切换到特殊的、所谓的“类噪声脉冲”(noise-like pulse，NLP)形态，这是一系列准稳定的超短脉冲波包。当某些腔内参数在普通工作状态下进行调整时，例如，当高功率泵浦激光腔时，或者当腔体损耗或传输函数发生显着改变时，就会发生这种情况。在过去的十年中，许多研究小组探究了各种类型被动锁模光纤激光器伴随的类噪声脉冲的独特特征。值得注意的是，无论腔体结构或腔内色散状态如何，都可以形成类噪声脉冲。一般来说，类噪声脉冲是随机生成和分布的，但它们最终可以形成准稳定的簇状脉冲，以激光腔的基本重复频率传播。类噪声脉冲的自相关迹(Autocorrelation trace，AC trace)通常显示为飞秒时间尺度内的相干窄尖峰坐落在皮秒时间范围内的宽基座顶部。实际上，后者可以表征整个类噪声脉冲的实际脉宽。此外，如果腔内非线性效应影响显著，类噪声脉冲会输出非常宽的光谱，有时甚至比增益光纤的增益带宽还要宽。

类噪声脉冲的形成与腔内双折射(走离效应)、孤子坍塌、正腔反馈、腔内增益和非线性传输元件的组合有关。也有研究表明较低色散的短腔倾向于产生脉宽为几个ps的类噪声脉冲，而长腔倾向于产生高能量的类噪声脉冲，其脉宽随泵浦功率的提高而增加。类噪声方型脉冲(square-shaped noise-like pulse)的形成与腔内的功率箝位效应(power clamping effect)有关。而光谱宽度的增大主要与光纤腔的双折射有关，也有研究表明光谱宽度与所使用的增益光纤的长度有关，增益光纤越长，光谱越宽。

类噪声脉冲需要和耗散孤子共振区别开，耗散孤子共振包含线性频率啁啾，从而具有时间可压缩性，具体可查看前文：光纤激光器仿真: (1)耗散孤子以及耗散孤子共振。由于类噪声脉冲的时间相干性非常低，类噪声脉冲不具有时间可压缩性。

仿真装置图和模型

该装置主要包括掺镱光纤，单模光纤，耦合器，NPR锁模的透过率函数和滤波效应。用于仿真的模型为拓展的非线性薛定谔方程(extended nonlinear Schrödinger equation，extended NLSE)如下所示。

NPR锁模的透过率函数如下：

仿真结果

时域和自相关迹

为了避免类噪声脉冲生成的时间随机性，这里初始输入为弱高斯脉冲。需要注意，在仿真演化过程中，类噪声脉冲时域形态不应该充满整个时间窗口。

频域

时域和自相关演化

频域演化

本文所用图为本人在MATLAB上仿真的程序所画，如要转载引用，请注明出处。如有问题和仿真需求，欢迎咨询讨论。