采用数值模拟的方法, 研究了周期性光谱调制对飞秒脉冲自相似放大的影响。构建了叠加光谱调制的飞秒脉冲自相似放大的理论模型, 分析任意相移量、调制深度和调制周期等参量变化对自相似放大系统的影响。结果表明, 任意相移量虽然会改变被调制后光谱具体形状, 但不会影响自相似放大的时域结果; 调制周期较大时, 子脉冲和主脉冲重叠, 对自相似放大过程和结果造成一定程度的破坏; 调制周期较小时, 主脉冲独立放大, 基本不会被子脉冲影响, 这一结论在调制深度改变时依然成立。

采用全矢量有限元法和分步傅里叶法模拟计算了高非线性光子晶体光纤在近红外光谱区(特别是在850 nm)的飞秒脉冲孤子效应压缩, 提出了一种新的反常群速度色散(β2=-50.698 ps2/km)、小高阶色散和高非线性(γ=268.419 1 W-1/km)二氧化硅芯光子晶体光纤结构, 建立了包含高阶色散和拉曼散射的非线性薛定谔方程, 研究了高斯脉冲在此光纤中传输时, 光纤长度和孤子阶数对脉冲压缩的影响, 分析了光纤中2~5阶色散, 研究表明: 孤子阶数为8时, 品质因子和压缩因子均达到最大, 初始脉冲的峰值功率P0=3 357.8 W, 压缩效果最好; 优化光纤几何和光学参数, 可以得到了高品质因数、小底座的超短光脉冲。

全光调制器在全光信号处理和通信等全光应用中起着重要的作用。主要研究了基于MoS2-PVA薄膜实现的全光调制器。此外, 也验证了WSe2-PVA薄膜也可实现全光调制。该器件利用热光效应, 结合偏振干涉实现了全光调制, 得到了长时间稳定输出的调制信号。将980 nm的脉冲信号作为控制光, MoS2或WSe2吸收光产生热量, 使薄膜的折射率发生改变, 从而改变1 550 nm信号光的偏振态, 实现980 nm控制光对1 550 nm光的调制。得到的MoS2-PVA薄膜全光调制器的上升沿时间为526 μs。

多波长超快激光器在光通信、医学诊断和光学传感等各种应用中有着十分重要的应用前景。2009年以来, 石墨烯、拓扑绝缘体、过渡金属硫化物和黑磷等二维材料在超快光子学领域的发展非常快速。它们独特的非线性光学特性, 使之能够被用作快速响应、宽带运转的可饱和吸收体且能够容易地集成到激光器中。研究发现, 基于二维材料的非线性光学器件是研究激光器内非线性脉冲动力学演化的理想平台。在文中, 回顾了二维材料在多波长超快激光器中应用的最新进展。进而, 阐述了多波长的耗散孤子、矩形脉冲和亮暗孤子对等脉冲类型。最后, 提出了这类多波长超快激光器面临的挑战和应用前景。

飞秒光学频率梳在精密计量学和光谱学中扮演着革命性的推动角色, 成为近二十年超短脉冲激光技术及应用研究领域最活跃的前沿方向之一。文中基于250 MHz重复频率(frep)的掺镱(Yb)光纤激光器, 研究了不同腔内色散以及锁模机制对飞秒脉冲序列载波包络相位偏移频率(fCEO)噪声的影响。通过对飞秒光梳细节的优化, 得到了49 dB信噪比的fCEO拍频信号并获得了秒稳3.2×10-10的锁定结果, 同时frep的锁定结果也达到了到了秒稳3.4×10-13的精度。此外文中还研究了不同啁啾状态的种子光飞秒脉冲对基于大模场面积双包层Yb光子晶体光纤放大器输出光脉冲宽度的影响。以携带-3.8×104 fs2预啁啾量的光脉冲作为种子光, 在60 W 976 nm半导体激光泵浦下, 获得了250 MHz重复频率、23 W平均功率和66 fs压缩后脉冲宽度的激光输出。