综述：基于涡旋-勒让德高阶相位补偿的精密定量相位成像

本综述实验研究了掺铒全光纤环形振荡器中天然（SWCNTs）、人工（NPE）及混合锁模技术的腔内性能，揭示了从保守孤子到孤子分子（SM）、谐波锁模（HML）、噪声脉冲（NLP）的演化规律，为超短脉冲（USP）激光器的应用场景选择最优锁模方案提供了重要参考。

　　

Abstract

实验团队在掺铒全光纤环形振荡器中系统比较了三种锁模技术：基于单壁碳纳米管（SWCNTs）的天然饱和吸收体（SA）、非线性偏振演化（NPE）人工SA及两者混合模式。研究发现，SWCNT-SA可生成399 fs自启动保守孤子、双脉冲SM及谐波锁模；NPE-SA产生最短359 fs孤子及91.25 mW高功率NLP；混合模式则兼具宽泵浦功率适应性与可控SM生成能力。

Introduction

掺铒光纤激光器因结构紧凑、散热优异等特点，在量子计算、光谱学及医疗领域（如皮肤病治疗、碎石术）广泛应用。当前被动锁模主要依赖天然SA（如SWCNTs、石墨烯）或人工SA（NPE/NALM）。天然SA易自启动但功率受限，人工SA可产生超短脉冲却对环境敏感。混合锁模虽结合两者优势，但其动态机制尚不明确。本研究首次通过腔内透射率测量，阐明不同SA对孤子动力学的影响。

Materials and methods

采用电弧法制备的硼氮掺杂SWCNTs（BN:SWCNTs）作为天然SA，其带隙调控特性可实现1.5 μm波段高效饱和吸收。人工SA通过偏振控制器（PC）调节NPE效应实现。实验装置包含976 nm泵浦源、2.9 m自制掺铒光纤（EDF）及可切换SA模块。

Experimental setup

激光腔体设计支持天然/人工SA的独立或协同工作。通过监测透射率曲线发现：SWCNT-SA在0.3 MW/cm²功率下达到饱和，而NPE-SA需1.2 MW/cm²。混合模式中，SWCNTs降低NPE启动阈值达40%。

Discussion and conclusion

BN:SWCNTs-SA展现优异的环境稳定性，而NPE-SA可实现脉冲宽度精确调控。混合锁模通过PC调节可动态切换SM脉冲数（2-3个）。该研究为USP激光器的医疗应用（如超快光学成像）提供了SA选择指南：若需自启动和便携性优先选择SWCNTs；追求极限脉宽则采用NPE；复杂场景推荐混合模式。

Funding

本研究受国家任务计划FSFN-2024-0018资助。实验用EDF由俄罗斯科学院通用物理研究所（GPI RAS）的"VOLOKNO"装置拉制，体现了国际合作在尖端光学研究中的重要性。