Ultrashort Pulse Fiber Laser with A Dual-segment Spliced Erbium-doped Fiber Seed

CHAO Juqing; WANG Ji; ZHANG Guohan; XU Binbin

doi:10.37188/CJL.20250256

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Ultrashort Pulse Fiber Laser with A Dual-segment Spliced Erbium-doped Fiber Seed

Device Fabrication and Physics | 更新时间：2026-04-14

- Ultrashort Pulse Fiber Laser with A Dual-segment Spliced Erbium-doped Fiber Seed
  增强出版
- Chinese Journal of Luminescence Vol. 47, Issue 3, Pages: 497-504(2026)
- 作者机构：
  
  长春理工大学物理学院，吉林长春 130022
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Science and Technology Development Plan Project of Jilin Province(20260102282JC)
- DOI：10.37188/CJL.20250256
  CLC： TN248.4
- CSTR：32170.14.CJL.20250256
- Received：25 November 2025，
  
  Revised：2025-12-16，
  
  Published：25 March 2026
- 稿件说明：
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晁举庆,王蓟,张国晗等.基于双段拼接掺铒光纤种子源的超短脉冲光纤激光器[J].发光学报,2026,47(03):497-504.

CHAO Juqing,WANG Ji,ZHANG Guohan,et al.Ultrashort Pulse Fiber Laser with A Dual-segment Spliced Erbium-doped Fiber Seed[J].Chinese Journal of Luminescence,2026,47(03):497-504.
晁举庆,王蓟,张国晗等.基于双段拼接掺铒光纤种子源的超短脉冲光纤激光器[J].发光学报,2026,47(03):497-504. DOI： 10.37188/CJL.20250256. CSTR： 32170.14.CJL.20250256.

CHAO Juqing,WANG Ji,ZHANG Guohan,et al.Ultrashort Pulse Fiber Laser with A Dual-segment Spliced Erbium-doped Fiber Seed[J].Chinese Journal of Luminescence,2026,47(03):497-504. DOI： 10.37188/CJL.20250256. CSTR： 32170.14.CJL.20250256.

摘要

报道了一种基于双段拼接掺铒光纤种子源的飞秒（超短脉冲）光纤激光器。该激光器由种子源、两级光纤放大器以及脉冲压缩部分组成。种子源是单壁碳纳米管（SWCNT）锁模的掺铒光纤激光器，由双段拼接掺铒光纤作为增益介质。该设计通过引入互补色散，有效实现了腔内色散管理与光谱展宽。在光纤放大器部分，第一级光纤放大器采用前向泵浦方式，第二级光纤放大器采用双向泵浦方式。经过放大后的脉冲利用2.0 m单模光纤实现脉冲压缩，最终获得光谱带宽78.39 nm，脉宽经Sech

拟合为49 fs、两级放大后输出最大平均功率为145.5 mW，对应峰值功率为65.3 kW的飞秒脉冲，对应的单脉冲能量为3.20 nJ。

Abstract

This paper reports on an ultrashort pulse femtosecond fiber laser based on mode-locking with a two-segment spliced erbium-doped fiber. The laser consists of a seed source， a two-stage fiber amplifier， and a pulse compression section. The seed source is a single-walled carbon nanotube （SWCNT） mode-locked erbium-doped fiber laser， which uses a two-segment spliced erbium-doped fiber as the gain medium. This design effectively achieves intracavity dispersion management and spectral broadening by introducing complementary dispersion. In the amplifier section， the first-stage fiber amplifier employs forward pumping， while the second-stage uses bidirectional pumping. The amplified pulses are compressed using only 2.0 m of single-mode fiber， ultimately producing femtosecond pulses with a spectral bandwidth of 78.39 nm， a pulse width of 49 fs （fitted with a Sech² profile）， a maximum average output power of 145.5 mW after the two-stage amplification， a corresponding peak power of 65.3 kW， and a single-pulse energy of 3.20 nJ.

关键词

Keywords

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张大鹏，胡明列，谢辰，等 . 基于非线性偏振旋转锁模的高功率光子晶体光纤飞秒激光振荡器［J］. 物理学报， 2012 ， 61 （ 4 ）： 044206 . doi: 10.7498/aps.61.044206 http://dx.doi.org/10.7498/aps.61.044206

ZHANG D P ， HU M L ， XIE C ， et al . A high power photonic crystal fiber laser oscillator based on nonlinear polarization rotation mode-locking ［J］. Acta Phys. Sinica ， 2012 ， 61 （ 4 ）： 044206 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.61.044206 http://dx.doi.org/10.7498/aps.61.044206

FU W ， WRIGHT L G ， SIDORENKO P ， et al . Several new directions for ultrafast fiber lasers［invited］［J］. Opt. Express ， 2018 ， 26 （ 8 ）： 9432 - 9463 .

FERMANN M E ， HARTL I . Ultrafast fibre lasers ［J］. Nat. Photonics ， 2013 ， 7 （ 11 ）： 868 - 874 .

GAO X B ， ZHAO Z G ， CONG Z H ， et al . Stable 5-GHz fundamental repetition rate passively SESAM mode-locked Er-doped silica fiber lasers ［J］. Opt. Express ， 2021 ， 29 （ 6 ）： 9021 - 9029 . doi: 10.1364/oe.414779 http://dx.doi.org/10.1364/oe.414779

DAI M L ， LIU B W ， MA Y F ， et al . 783 MHz fundamental repetition rate all-fiber ring laser mode-locked by carbon nanotubes ［J］. Appl. Phys. Express ， 2024 ， 17 （ 6 ）： 062001 . doi: 10.35848/1882-0786/ad548f http://dx.doi.org/10.35848/1882-0786/ad548f

MARTINEZ A ， YAMASHITA S . Multi-gigahertz repetition rate passively modelocked fiber lasers using carbon nanotubes ［J］. Opt. Express ， 2011 ， 19 （ 7 ）： 6155 - 6163 . doi: 10.1364/oe.19.006155 http://dx.doi.org/10.1364/oe.19.006155

NICHOLSON J W ， DIGIOVANNI D J . High-repetition-frequency low-noise fiber ring lasers mode-locked with carbon nanotubes ［J］. IEEE Photonics Technol. Lett. ， 2008 ， 20 （ 24 ）： 2123 - 2125 . doi: 10.1109/lpt.2008.2006990 http://dx.doi.org/10.1109/lpt.2008.2006990

SENOO Y ， NISHIZAWA N ， SAKAKIBARA Y ， et al . Ultralow-repetition-rate， high-energy， polarization-maintaining， Er-doped， ultrashort-pulse fiber laser using single-wall-carbon-nanotube saturable absorber ［J］. Opt. Express ， 2010 ， 18 （ 20 ）： 20673 - 20680 . doi: 10.1364/oe.18.020673 http://dx.doi.org/10.1364/oe.18.020673

JEONG H ， CHOI S Y ， ROTERMUND F ， et al . All-fiber mode-locked laser oscillator with pulse energy of 34 nJ using a single-walled carbon nanotube saturable absorber ［J］. Opt. Express ， 2014 ， 22 （ 19 ）： 22667 - 22672 . doi: 10.1364/oe.22.022667 http://dx.doi.org/10.1364/oe.22.022667

JEONG H ， CHOI S Y ， ROTERMUND F ， et al . Pulse width shaping of passively mode-locked soliton fiber laser via polarization control in carbon nanotube saturable absorber ［J］. Opt. Express ， 2013 ， 21 （ 22 ）： 27011 - 27016 . doi: 10.1364/oe.21.027011 http://dx.doi.org/10.1364/oe.21.027011

WANG F ， ROZHIN A G ， SUN Z ， et al . Fabrication， characterization and mode locking application of single-walled carbon nanotube/polymer composite saturable absorbers ［J］. Int. J. Mater. Form. ， 2008 ， 1 （ 2 ）： 107 - 112 . doi: 10.1007/s12289-008-0371-y http://dx.doi.org/10.1007/s12289-008-0371-y

HASAN T ， SUN Z P ， WANG F Q ， et al . Nanotube-polymer composites for ultrafast photonics ［J］. Adv. Mater. ， 2009 ， 21（ 38 ‐ 39 ）： 3874 - 3899 .

LAURET J S ， VOISIN C ， CASSABOIS G ， et al . Ultrafast carrier dynamics in single-wall carbon nanotubes ［J］. Phys. Rev. Lett. ， 2003 ， 90 （ 5 ）： 057404 . doi: 10.1103/physrevlett.90.057404 http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.90.057404

CHEN Y C ， RARAVIKAR N R ， SCHADLER L S ， et al . Ultrafast optical switching properties of single-wall carbon nanotube polymer composites at 1.55 μm ［J］. Appl. Phys. Lett. ， 2002 ， 81 （ 6 ）： 975 - 977 . doi: 10.1063/1.1498007 http://dx.doi.org/10.1063/1.1498007

LI X H ， WANG Y G ， WANG Y S ， et al . Yb-doped passively mode-locked fiber laser based on a single wall carbon nanotubes wallpaper absorber ［J］. Opt. Laser Technol. ， 2013 ， 47 ： 144 - 147 .

POPA D ， SUN Z ， HASAN T ， et al . 74-fs nanotube-mode-locked fiber laser ［J］. Appl. Phys. Lett. ， 2012 ， 101 （ 15 ）： 153107 . doi: 10.1063/1.4757293 http://dx.doi.org/10.1063/1.4757293

SENOO Y ， NISHIZAWA N ， SAKAKIBARA Y ， et al . Polarization-maintaining， high-energy， wavelength-tunable， Er-doped ultrashort pulse fiber laser using carbon-nanotube polyimide film ［J］. Opt. Express ， 2009 ， 17 （ 22 ）： 20233 - 20241 . doi: 10.1364/oe.17.020233 http://dx.doi.org/10.1364/oe.17.020233

LIU X S ， ZHAN L ， LUO S Y ， et al . Multiwavelength erbium-doped fiber laser based on a nonlinear amplifying loop mirror assisted by un-pumped EDF ［J］. Opt. Express ， 2012 ， 20 （ 7 ）： 7088 - 7094 . doi: 10.1364/oe.20.007088 http://dx.doi.org/10.1364/oe.20.007088

AGRAWAL G P . Nonlinear fiber optics： its history and recent progress［invited］［J］. J. Opt. Soc. Am. B ， 2011 ， 28 （ 12 ）： A1 - A10 . doi: 10.1364/josab.28.0000a1 http://dx.doi.org/10.1364/josab.28.0000a1

张天琪 . 孤子锁模光纤激光器中的谐振边带增强现象及双波长锁模激光研究［D］. 长春：吉林大学， 2024 .

ZHANG T Q . Resonant Sideband Enhancement Phenomenon and Dual-Wavelength Mode-Locked Laser Study in Soliton Mode-Locked Fiber Lasers ［D］. Changchun ： Jilin University ， 2024 . （in Chinese）

田奕为 . 基于高阶孤子动力学的相干超宽带耗散孤子光纤激光器研究［D］. 长春：吉林大学， 2025 . doi: 10.1364/oe.542558 http://dx.doi.org/10.1364/oe.542558

TIAN Y W . Coherent Ultra-Broadband Dissipative Soliton Fiber Laser Based on High-Order Soliton Dynamics ［D］. Changchun ： Jilin University ， 2025 . （in Chinese） . doi: 10.1364/oe.542558 http://dx.doi.org/10.1364/oe.542558

赵辉，王蓟，夏敬华，等 . 自相似锁模超短脉冲掺铒光纤激光器［J］. 发光学报， 2025 ， 46 （ 1 ）： 110 - 116 . doi: 10.37188/cjl.20240231 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20240231

ZHAO H ， WANG J ， XIA J H ， et al . Self-similar mode-locked ultrashort pulse erbium-doped fiber amplifier ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2025 ， 46 （ 1 ）： 110 - 116 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20240231 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20240231

WOODWARD R I . Dispersion engineering of mode-locked fibre lasers ［J］. J. Opt. ， 2018 ， 20 （ 3 ）： 033002 . doi: 10.1088/2040-8986/aaa9f5 http://dx.doi.org/10.1088/2040-8986/aaa9f5

杨珍，柴路，胡明列，等 . 大模场面积光子晶体光纤全正色散自相似锁模激光器［J］. 中国激光， 2016 ， 43 （ 3 ）： 0302005 . doi: 10.3788/cjl201643.0302005 http://dx.doi.org/10.3788/cjl201643.0302005

YANG Z ， CHAI L ， HU M L ， et al . All-normal-dispersion self-similar mode-locked laser based on large mode area photonic crystal fiber ［J］. Chin. J. Lasers ， 2016 ， 43 （ 3 ）： 0302005 . （in Chinese） . doi: 10.3788/cjl201643.0302005 http://dx.doi.org/10.3788/cjl201643.0302005

曹顺，郝强，曾和平 . 掺铒单模光纤飞秒脉冲激光器和放大器［J］. 光学仪器， 2020 ， 42 （ 6 ）： 66 - 72 .

CAO S ， HAO Q ， ZENG H P . Erbium-doped single-mode fiber femtosecond pulse laser and amplifier ［J］. Opt. Instrum. ， 2020 ， 42 （ 6 ）： 66 - 72 . （in Chinese）

谭欣，赵变丽，徐智阳，等 . 百瓦级飞秒棒状光子晶体光纤激光器［J］. 强激光与粒子束， 2026 ， 38 （ 1 ）： 011003 .

TAN X ， ZHAO B L ， XU Z Y ， et al . Hundred-watt-level high-power femtosecond fiber laser ［J］. High Power Laser Part. Beams ， 2026 ， 38 （ 1 ）： 011003 . （in Chinese）

WANG Z Q ， ZHAN L ， FANG X ， et al . Generation of sub-60 fs similaritons at 1.6 μm from an all-fiber Er-doped laser ［J］. J. Lightwave Technol. ， 2016 ， 34 （ 17 ）： 4128 - 4134 . doi: 10.1109/jlt.2016.2593702 http://dx.doi.org/10.1109/jlt.2016.2593702

KIEU K ， JONES R J ， PEYGHAMBARIAN N . Generation of few-cycle pulses from an amplified carbon nanotube mode-locked fiber laser system ［J］. IEEE Photonics Technol. Lett. ， 2010 ， 22 （ 20 ）： 1521 - 1523 . doi: 10.1109/lpt.2010.2063423 http://dx.doi.org/10.1109/lpt.2010.2063423

KE X Z ， WU J L . Double balanced detection.-wavefont correction system ［M］. KE X Z， WU J L. Coherent Optical Wireless Communication Principle and Application. Singapore ： Springer ， 2022 ： 239 - 292 . doi: 10.1007/978-981-19-4823-7_5 http://dx.doi.org/10.1007/978-981-19-4823-7_5

KIM J ， SONG Y J . Ultralow-noise mode-locked fiber lasers and frequency combs： principles， status， and applications ［J］. Adv. Opt. Photonics ， 2016 ， 8 （ 3 ）： 465 - 540 . doi: 10.1364/aop.8.000465 http://dx.doi.org/10.1364/aop.8.000465

HAUS H A . Mode-locking of lasers ［J］. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. ， 2000 ， 6 （ 6 ）： 1173 - 1185 . doi: 10.1109/2944.902165 http://dx.doi.org/10.1109/2944.902165

PENG J S ， ZHAN L ， CHEN T Y ， et al . All-fiber ultrashort similariton generation， amplification， and compression at telecommunication band ［J］. J. Opt. Soc. Am. B ， 2012 ， 29 （ 9 ）： 2270 - 2274 . doi: 10.1364/josab.29.002270 http://dx.doi.org/10.1364/josab.29.002270

LUO H ， ZHAN L ， ZHANG L ， et al . Generation of 22.7-fs 2.8-nJ pulses from an erbium-doped all-fiber laser via single-stage soliton compression ［J］. J. Lightwave Technol. ， 2017 ， 35 （ 17 ）： 3780 - 3784 . doi: 10.1109/jlt.2017.2723088 http://dx.doi.org/10.1109/jlt.2017.2723088

陈虹桦，林启蒙，谢钦，等 . 用于远距离太赫兹时域光谱测量的飞秒激光系统研究（特邀）［J］. 光子学报， 2025 ， 54 （ 11 ）： 1154302 .

CHEN H H ， LIN Q M ， XIE Q ， et al . Research on femtosecond laser systems for long-distance terahertz time-domain spectroscopy measurement （invited）［J］. Acta Photon. Sinica ， 2025 ， 54 （ 11 ）： 1154302 . （in Chinese）

MATSUI Y ， PELUSI M D ， SUZUKI A . Generation of 20-fs optical pulses from a gain-switched laser diode by a four-stage soliton compression technique ［J］. IEEE Photonics Technol. Lett. ， 1999 ， 11 （ 10 ）： 1217 - 1219 . doi: 10.1109/68.789696 http://dx.doi.org/10.1109/68.789696

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