Đối với laser sợi quang, hai phương pháp biến điệu thụ động chủ yếu là hấp thụ bão hòa và quay phân cực phi tuyến được sử dụng. Biến điệu chủ động cũng có thể sử dụng, nhưng cấu hình sẽ phức tạp hơn.
1.2.2.1. Khóa mode thụ động
- Quay phân cực phi tuyến: Khi ánh sáng phân cực thẳng chiếu vào một mẫu sợi quang lưỡng chiết, phân cực của ánh sáng nói chung sẽ trở thành phân cực ellip. Hướng và độ lớn ellip của phân cực phụ thuộc hoàn toàn vào chiều dài và độ lưỡng chiết của sợi. Tuy nhiên, nếu cường độ của ánh sáng
lớn, hiệu ứng phi tuyến Kerr cần được quan tâm vì nó làm thay đổi phân cực. Như vậy, sự thay đổi phân cực ánh sáng sẽ phụ thuộc vào cường độ ánh sáng. Do đó, nếu đặt một tấm phân cực phía sau sợi quang, thì hệ số truyền ánh sáng qua tấm phân cực sẽ phụ thuộc vào cường độ ánh sáng. Nhờ sự lựa chọn hướng phân cực và độ dài sợi quang phù hợp, hiệu ứng hấp thụ bão hòa nhân tạo với tốc độ đáp ứng cực nhanh sẽ xuất hiện trong hệ này. Khi đó, ánh sáng có cường độ lớn hầu như không bị hấp thụ. Kỹ thuật quay phân cực phi tuyến được sử dụng như kỹ thuật hấp thụ bão hòa trong khóa mode thụ động cho laser sợi quang. Mỗi khi xung được khóa mode hình thành, thì tính phi tuyến của sợi quang sẽ biến dạng xung thành soliton quang và kéo theo sẽ nhận được chế độ hoạt động soliton cực ngắn trong laser sợi quang. Chế độ hoạt động soliton là phát triển tiếp theo của laser khóa mode sử dụng kỹ thuật quay phân cực phi tuyến [41, 46, 59, 66, 81].
- Gương bán dẫn hấp thụ bão hòa ( SESAM- Semiconductor saturable absorber mirror ): Chất bán dẫn hấp thụ bão hòa được sử dụng để khóa mode cho laser đã được sử dụng từ năm 1974 (hình 1.7) [35, 48, 49, 91]. SESAM hiện đại là giếng lượng tử bán dẫn đơn III-V (SQW-semiconductor quantum well) hoặc giếng lượng tử đa được nuôi thành các bản mặt phản xạ Bragg phân bố (DBRs- distributed Bragg reflectors)[13, 36, 57, 58, 91]. SESAM được sử dụng trong kỹ thuật khóa mode cộng hưởng như là một chất hấp thụ bão hòa nhanh. SESAM nhanh chóng được đưa vào sử dụng như chất bão hòa trong buồng cộng hưởng vì nó có cấu trúc đơn giản. Một ưu điểm của SESAM hơn các kỹ thuật hấp thụ bão hòa khác là các tham số hấp thụ có thể điều khiển trong cùng giá trị rộng [72]. Do đó, SESAM được sử dụng khóa mode trong laser quang sợi với độ sâu biến điệu tương đối lớn [74, 78, 79, 96]. Đây là yếu tố cần thiết bảo đảm quá trình tự phát xung và ổn định hoạt động [20, 62].
Hình1.7. Một số linh kiện SESAM [91].
1.2.2.2. Khóa mode chủ động
Khóa mode chủ động là kỹ thuật biến điệu khuếch đại hoặc biến điệu mất mát của buồng cộng hưởng laser nhờ tác động từ bên ngoài (điều khiển điện áp trong biến điệu quang âm, biến điệu thời gian ngắt dòng trong kỹ thuật gương quay,…). Ưu điểm của kỹ thuật này cho phép đồng bộ hoạt động của laser đồng bộ với nguồn tần số vô tuyến ngoài. Ưu điểm này rất hữu dụng đối với thông tin quang sợi, ở đó, sự đồng bộ rất cần thiết giữa tín hiệu quang và tín hiệu điều khiển điện tử. Hơn nữa, laser sợi khóa mode chủ động có thể bảo đảm tốc độ lặp cao hơn so với khóa mode thụ động. Hiện nay, laser quang sợi và laser bán dẫn khóa mode chủ động là hai loại laser quan trọng được sử dụng nhiều. Tuy nhiên, đối với laser quang sợi, kỹ thuật này bắt buộc có thiết bị điều khiển ngoài, do đo, kích thước của laser sẽ tăng thêm.