近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室與激光技術(shù)新體系融合創(chuàng)新中心在孤子鎖模光纖激光器研究方面取得進展。研究團隊報道了鎖模光纖激光器中色散波輻射的物理機制及其時域表征。相關研究成果以“Characterization and Manipulation of Temporal Structures of Dispersive Waves in a Soliton Fiber Laser”為題發(fā)表于IEEE光學期刊《光波技術(shù)雜志》（Journal of Lightwave Technology）。

孤子激光器中的色散波在頻域上以凱利邊帶（Kelly sideband）的形式與孤子一同產(chǎn)生，由S. M. Kelly在1992年首次發(fā)現(xiàn)并解釋，由孤子脈沖在鎖模激光器內(nèi)的周期性放大和衰減所產(chǎn)生，體現(xiàn)在孤子光譜上為一系列關于中心波長對稱分布的光譜邊帶，是與孤子穩(wěn)定性密切相關的光波成分。在鎖模激光器中，凱利邊帶的產(chǎn)生是限制孤子脈沖能量的重要因素，往往需要通過一些技術(shù)方法加以壓制；同時，色散波也可以成為孤子之間長距離相互作用的媒介，影響孤子序列的穩(wěn)定性。之前絕大多數(shù)對于孤子激光器中色散波的實驗研究集中在對于其頻域特性（即凱利邊帶）的研究，而對色散波時域結(jié)構(gòu)的研究卻十分缺乏，不同激光器參數(shù)條件對色散波時域結(jié)構(gòu)的影響尚無完整的理論與實驗研究。

針對這一問題，研究團隊建立了孤子光纖激光器中色散波時域結(jié)構(gòu)的動力學模型，用以分析兩個重要因素：一是腔內(nèi)群速度延遲導致的相位匹配關系變化，二是腔內(nèi)的增益濾波效應；從而推導出了具有雙邊指數(shù)衰減形式的色散波包絡形態(tài)。在實驗上，團隊搭建了單向環(huán)形鎖模光纖激光器，并通過調(diào)節(jié)腔內(nèi)色散（改變腔長 30~110 m）以及腔損耗(0~7 dB)，在一定程度上實現(xiàn)了對色散波時頻波形的調(diào)控與測量。實驗結(jié)果與理論模型的預測一致。此外，團隊也研究了色散波和孤子的響應時間延遲，色散波結(jié)構(gòu)的對稱性等色散波特征。這項研究可加深對孤子光纖激光器動力學過程的理解，也為超快光纖激光、光孤子信息處理等應用技術(shù)發(fā)展提供了一定的參考。

圖1.色散波產(chǎn)生原理

圖2.腔色散對色散波衰減速率影響

圖3.腔損耗對色散波衰減速率影響

相關工作得到了張江實驗室建設與運行項目、2021年度博士后創(chuàng)新人才支持計劃、中國博后科學基金、上海市2021年度“科技創(chuàng)新行動計劃”原創(chuàng)探索項目、國家青年高層次人才項目的支持。

原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9963696/references