相较于传统固体激光器，光纤激光器具备体积小巧、成本更低、稳定性优异、光束质量高且无需水冷等优势。相较于其他类型光纤激光器，基于非线性偏振演化（NPE）技术的锁模光纤振荡器，拥有单脉冲能量高（纳焦量级）、脉冲宽度窄（百飞秒级别甚至更短）等特点。
非线性偏振演化锁模技术属于可饱和克尔被动锁模，利用光纤内部的非线性偏振旋转效应产生克尔效应，进而实现锁模激光输出。掺镱增益光纤具有掺杂浓度高、光-光转换效率优异的特性，适用于研制高功率、高重复频率锁模光纤激光器。
该类激光器输出脉冲在时域上为等间隔的超短脉冲序列，凭借有限的平均功率即可实现极高峰值功率，广泛应用于生物成像、医疗领域及工业精密加工等场景。锁模脉冲在频域上呈现等间距的梳齿状分布，构成光学频率梳。光频梳是光学频率与微波频率衔接的核心枢纽，近年来在精密测绘、天文观测等领域取得了长足发展。
根据环形腔内色散特性的差异，非线性偏振演化锁模可分为：孤子型锁模、展宽脉冲型锁模与全正色散自相似锁模。三类激光器特性各不相同：孤子锁模易实现稳定运转，但单脉冲能量偏低；展宽脉冲锁模光谱宽度大，可支持压缩至更短脉宽，需对腔内色散进行针对性设计；全正色散结构脉冲能量大，但脉宽更宽、噪声相对更高。
本文以经典掺镱展宽脉冲光纤激光器为例进行说明。非线性偏振演化掺镱锁模激光器通过半波片与两片四分之一波片，实现腔内偏振调控与筛选；利用透射光栅对完成腔内色散管理，从而实现色散管控型锁模运转。
图 1：基于非线性偏振旋转的掺镱锁模激光器结构图
976nm 泵浦源：为整个振荡器提供能量，主流采用单模尾纤式 976nm 半导体二极管。实际搭建系统时，泵浦模块通常集成泵浦保护器件，防止振荡器反射的 1064nm 回光倒灌损坏泵浦源。此外，当振荡器能量较高、锁模光谱带宽较大时，需搭配 980nm 光隔离器，隔离腔内反射光，保障泵浦器件安全。
波分复用器（WDM）：耦合 1064nm 信号光与 976nm 泵浦光，合束至同一光路光纤中。
镱掺杂增益光纤：吸收 980nm 泵浦光，并对 1030nm 波段信号光进行放大。
光纤隔离器：隔离腔内 1064nm 反射光，避免泵浦源受损。
光纤合束器：将多路光纤光路合为单路，是高功率光纤激光器全光纤集成的核心器件，单通道可承受数百瓦功率。
包层光剥离器（CPS）：有效剥离光纤包层中传输的残余泵浦光与杂散光，同时不影响放大后的信号光正常传输。
图 2：窄线宽、线偏振种子激光器及光纤放大器装置图
器件选型：选用适配的光学器件，器件选型不当会造成激光效率低下、脉冲质量劣化，甚至缩短激光器使用寿命。
环境适配：控制光学平台、环境温湿度、隔绝外界振动与噪声干扰。
光路搭建：依据原理结构图完成器件熔接、光路闭环，规范缠绕并固定光纤。
泵浦调试：开启泵浦源并逐步提升功率，调节准直器耦合状态；若腔内损耗过大，需排查器件损伤或熔接故障。
锁模调节：设定合适泵浦功率，利用光谱仪、示波器（搭配光电探测器）观测输出信号；微调波片角度，当光谱出现稳定包络、示波器呈现规整脉冲序列时，即为成功锁模，固定波片位置。
腔内损耗
腔内损耗主要分为空间光路损耗与光纤损耗：空间损耗包含器件表面脏污、光栅衍射损耗、准直器耦合损耗；光纤损耗主要来自熔接损耗及传输损耗。损耗过低会降低激光效率、无法锁模，还易引发调 Q 脉冲；调 Q 脉冲峰值功率高且不稳定，极易造成器件烧毁。
色散管控
腔内色散差值决定锁模类型；该结构可通过调整透射光栅间距灵活调节腔内色散。通常腔内净色散接近零时，锁模光谱带宽最大，可支撑最短压缩脉宽，同时腔内噪声最低。
脉冲分裂
泵浦功率过高会引发脉冲分裂，导致单脉冲能量下降、脉冲时序紊乱、运转稳定性变差。
脉冲压缩
多数锁模激光器直接输出为啁啾脉冲，脉宽较宽；针对窄脉宽应用场景，需搭配色散补偿器件进行脉冲压缩，以此压缩脉宽、提升峰值功率。
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