上海光機(jī)所在孤子鎖模光纖激光器研究方面取得進(jìn)展

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了鎖模光纖激光器中色散波輻射的物理機(jī)制及其時(shí)域表征。相關(guān)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(xué)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(guān)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(guān)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(shí)，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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)域結(jié)構(gòu)的影響尚無完整的理論與實(shí)驗(yàn)研究。

針對這一問題，研究團(tuán)隊(duì)建立了孤子光纖激光器中色散波時(shí)域結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，用以分析兩個(gè)重要因素：一是腔內(nèi)群速度延遲導(dǎo)致的相位匹配關(guān)系變化，二是腔內(nèi)的增益濾波效應(yīng);從而推導(dǎo)出了具有雙邊指數(shù)衰減形式的色散波包絡(luò)形態(tài)。在實(shí)驗(yàn)上，團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)了對色散波時(shí)頻波形的調(diào)控與測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模型的預(yù)測一致。此外，團(tuán)隊(duì)也研究了色散波和孤子的響應(yīng)時(shí)間延遲，色散波結(jié)構(gòu)的對稱性等色散波特征。這項(xiàng)研究可加深對孤子光纖激光器動(dòng)力學(xué)過程的理解，也為超快光纖激光、光孤子信息處理等應(yīng)用技術(shù)發(fā)展提供了一定的參考。

相關(guān)工作得到了張江實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與運(yùn)行項(xiàng)目、2021年度博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃、中國博后科學(xué)基金、上海市2021年度“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”原創(chuàng)探索項(xiàng)目、國家青年高層次人才項(xiàng)目的支持。