基于色散傅里叶变换技术研究了反常色散腔内传统孤子和正常色散腔内耗散孤子建立时的孤子动力学过程。为探究脉冲在光放大器中如何随放大功率演变, 实验和模拟研究了这两类孤子经放大器放大后的动态变化。结果表明, 这两类孤子的光谱在建立时会经历不同的振荡过程, 传统孤子光谱会由能量有剧烈振荡的调制拍频状态过渡至稳定, 耗散孤子光谱则会由无序调制状态平稳展宽至稳定。在放大器中, 随着放大器泵浦功率的上升, 传统孤子光谱中心能量将被转移而展宽, 耗散孤子光谱则在保持谱宽不变的情况下在边沿出现尖峰。这些锁模光纤激光器和光放大器中的动态孤子非线性现象在超快激光及其放大系统中有着潜在的应用价值。

基于光学微谐振腔的自参考耗散克尔孤子(Dissipative Kerr Solitons, DKSs)有广泛的应用，如频率合成器、相干通信、天文光谱仪校准、精密测量、光学时钟、双梳光谱学等。倍频程DKS已在氮化硅和铌酸锂微谐振腔中实现，笔者提出了一种在氮化铝(AlN)微环谐振腔中通过单一泵浦直接产生倍频程DKS的简单方案。通过将两个谐振频率相近的模式TE₀₀ 和TE₁₀分别作为泵浦谐振和辅助谐振模式，红失谐侧的辅助模式TE₁₀可以有效地平衡孤子形成过程中的热拖曳效应。慢速扫描泵浦光波长可获得稳定的倍频程展宽的孤子梳，带宽为1100~2300 nm，孤子存在范围最大为10.4 GHz(83 pm)。这是首次在AlN平台上获得倍频程展宽的克尔光孤子。该方案在单一泵浦源下就可以获得稳定的倍频程光孤子以及宽的孤子访问窗口，不同于其他方案需要额外引入复杂的控制手段和设备。

光学孤子是指一种通过非线性折射率势阱维持脉冲形状不变的光波，它广泛存在于光纤、飞秒激光器、参量振荡器等系统中。近年来，人们在相干泵浦下的高Q值微腔中也观测到了光孤子，这为研究光孤子性质提供了新的实验平台。又因为微腔光孤子在频域上对应高重频的光学频率梳，微腔光孤子的诞生也极大地推动了小型化光学频率梳的发展。微腔光孤子频率梳已经可以实现自参考锁定；这使得片上集成的光频合成器、光原子钟、波分复用光源、微腔光谱仪、微腔激光雷达等众多应用成为了可能。文中介绍了微腔光孤子的产生基础，特别是光孤子相互作用相关的研究，还讨论了基于微腔的双光梳测量在高速成像与中红外气体光谱分析上的应用。

精密测量是现代物理学的基石，而激光光源的发展直接推动了测量科学与技术的进步。21世纪初，光学频率梳的发明促使人们成功实现最精准的时间/频率标准装置——光学原子钟，推动了绝对光学频率测量、基本物理常数测量、精密距离测量以及分子光谱测量等精密测量技术的发展。然而早期的光梳光源系统复杂、价格昂贵，一般工作于大型实验室里，限制了其应用场景的拓展。近年来，出现了一种新型集成微腔光频梳，其具有体积小、功耗低、可批量制备等优势，吸引了科学界和产业界的广泛关注。不同于传统光梳，这种集成微腔光梳不需要依赖增益介质或可饱和吸收体实现锁模，而是通过高品质因子微腔增强的非线性作用来实现光梳的激发与锁模。这种全新的光梳激发与锁模机制降低了精密光源的体积和成本，在平民化精密测量应用中具有优势。文中介绍了集成微腔光梳在精密测量领域中取得的进展，主要围绕微型化光学原子钟、超快精密距离测量、精密光谱测量三个方向。最后对集成微腔光梳在未来精密测量应用中的机遇与挑战进行了总结与展望。