近日，我室喻张硕士研究生和吴端端副研究员等在光学领域期刊Optics Express（IF=3.2）上发表了题为“Optimization of nonlinear effect suppression in gain-switched Raman fiber lasers for enhanced SRS conversion efficiency”的研究论文(OE, 33(14), 29845)。

文章链接: https://doi.org/10.1364/OE.567489

       拉曼光纤激光器（RFL）因其出色的波长可调谐性和宽增益特性，在光通信、光谱学和激光物理等领域具有广泛应用。近年来，增益调制技术因其系统设计灵活、无需精确脉冲同步等优势，成为实现高功率脉冲RFL的重要途径。然而，在短脉冲泵浦条件下，自相位调制（SPM）、调制不稳定性（MI）和四波混频（FWM）等非线性效应会严重干扰受激拉曼散射（SRS）过程，导致光谱展宽、转换效率下降，甚至引发超连续谱（SC）产生，限制其实际应用。针对这一问题，本研究提出了一种基于色散工程与非线性参数协同优化的综合抑制策略，显著提升了增益调制RFL的性能与稳定性。

图1.(a)二阶色散为14 ps²/km时的输出光谱；(b)一阶和二阶拉曼激光强度随β₂的演化；(c)总积分拉曼激光强度随β₂的变化；(d)拉曼激光光谱宽度随β₂的变化关系

图2.(a)不同非线性系数和光纤长度下自相位调制与受激拉曼散射的阈值功率差; (b)不同非线性系数和光纤长度下显著光谱展宽（指超连续谱生成）与受激拉曼散射的阈值功率差

图3.四波混频阈值功率与相位失配量和非线性系数的关系

       该研究通过数值模拟与实验验证相结合的方式，系统分析了二阶色散（β₂）、非线性系数（γ）和光纤长度（L）对非线性效应的调控机制。理论研究表明，在β₂ = 15–30 ps²/km 和 γ = 4–6 W⁻¹km⁻¹ 的参数窗口内，可有效抑制SPM、MI和FWM，同时显著提升二阶斯托克斯光的转换效率。实验采用30 m长的UHNA7光纤（γ = 5.27 W⁻¹km⁻¹，β₂ = 30 ps²/km）搭建增益调制RFL系统，实现了60 dB射频信噪比、4.6 ns脉冲宽度和99.2%的二阶拉曼光占比，如图4所示。进一步通过窄带光纤光栅（FBG）替换宽带耦合器，成功将3 dB光谱宽度从13.0 nm压缩至1.0 nm，显著提升了输出激光的光谱纯度。

图4.(a)线性坐标下的输出光谱；(b)RF频谱；(c)脉冲序列；(d)单脉冲波形。

       该工作架起了理论非线性光学与实用激光工程之间的桥梁，为高性能RFL的开发提供了经过实验验证的解决方案。