1 清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室,北京 100084
2 北京邮电大学电子工程学院信息光子学与光通信全国重点实验室,北京 100876
在光纤锁模激光器中,模式相位锁定产生周期短脉冲的过程称为锁模过程,产生的脉冲在广义上被称为“光耗散孤子”。光纤锁模激光器从传统的单模光纤锁模激光器发展到了多模光纤锁模激光器,锁模机理从一维(1D)时域耗散孤子锁模发展到了(3+1)维时空耗散孤子锁模。通过深入理解耗散孤子的产生机理,有望进一步推动光纤锁模激光器在科学和应用领域的发展,为更多领域带来更多创新和可能性。首先介绍单模光纤锁模激光器中的一维时域耗散孤子锁模,探讨不同色散区域中时域耗散孤子的产生机理;随后介绍多模光纤锁模激光器中时空耗散孤子的最新研究成果,讨论模间色散的补偿方法,揭示其丰富的时空锁模机理和潜在的应用场景;最后对光纤锁模激光器的发展前景进行展望。
激光器 光纤锁模激光器 耗散孤子 锁模机理 非线性光学
1 大同大学 物理与电子科学学院 山西 大同 037009
2 国网大同供电公司 山西 大同 037008
本文基于光波在宇称时间对称波导中传输的理论模型,数值研究各阶亮孤子在罗森莫尔斯势宇称时间对称波导中的传输特性。宇称时间对称波导的折射率分布对光具有线性聚焦作用,而增益/损耗分布可以引起光束能量的横向流动。研究结果表明: 当折射率调制深度为正时,一阶亮孤子在该波导中传输形成波浪形光束。当折射率调制深度为负时,一阶亮孤子分裂形成两束光,一束光发生弥散,另一束光以一定的速度向前传输,而增益/损耗调制深度会影响分裂后光束的传输行为;二阶亮孤子在较低的增益/损耗调制深度下传输形成稳定的呼吸光束;三阶亮孤子在传输过程中出现光波周期分裂与会聚现象;四阶及其以上高阶亮孤子在该波导中都不能稳定传输。此研究结果可为宇称时间对称在光波导中的应用提供一定的理论依据。
宇称时间对称 克尔非线性 亮孤子 复折射率 parity time symmetry Kerr nonlinearity bright solitons complex refractive index 量子光学学报
2023, 29(2): 020701
1 北京邮电大学 电子工程学院
2 北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室,北京 100876
微腔孤子光频梳在相干光通信、光学频率合成、激光雷达、微波光子学和量子光学等领域有着广阔的应用前景,高效棱镜耦合是晶体微腔孤子光频梳集成应用及系统封装的必然技术途径。文章研制开发了一种耦合效率和有载Q值分别达到71.56%和1.8×109的氟化镁微腔-棱镜耦合系统,并且基于该高效棱镜耦合系统实现了氟化镁微腔孤子光频梳和15.99 GHz低相噪微波信号产生,拍频信号相位噪声水平约为-117 dBc/Hz@10 kHz,极大推动了低相噪微型光电振荡器的实际应用发展。
高效棱镜耦合 孤子光频梳 氟化镁晶体微腔 品质因子 相位噪声 efficient prism coupling soliton optical frequency comb magnesium fluoride microresonator quality factor phase noise
1 湘潭大学物理与光电工程学院,湖南 湘潭 411105
2 广东工业大学机电工程学院,广东 广州 510006
构建了由一束弱探测光和两束强控制光耦合到“三明治”型量子阱的能级之间形成N型四能级非对称双量子阱电磁诱导透明(EIT)介质模型,并研究了弱探测光在体系的线性吸收和非线性传播性质。结果表明,当两束控制光均开启后,体系的线性吸收特征曲线呈现出双EIT窗口。有趣的是,无论两束控制光的光强是否相等,所形成的双EIT窗口都呈对称分布。对于非线性情况,仅考虑低阶效应时体系所形成的光孤子并不能稳定地传播而是呈衰减状态;只有计及高阶效应时体系所形成的光孤子才能长距离稳定地传播,且光孤子可通过关闭和开启控制光进行存储和读取。同时还发现,体系所存取的光孤子幅度能通过控制光的光强进行调节。当保持第一控制光的光强不变时,所存取光孤子的幅度随着第二控制光光强的增大而增加;当保持第二控制光的光强不变时,所存取光孤子的幅度随着第一控制光光强的增大而降低。
非线性光学 光孤子的存储与读取 电磁诱导透明 半导体量子阱 光学学报
2023, 43(19): 1919001
湖南城市学院信息与电子工程学院,湖南 益阳 413000
以非线性薛定谔方程为理论模型,研究了艾里-高斯光束在高斯型PT(Parity-time)对称介质中的传输与控制。详细分析了高斯型PT对称介质的特征参数(调制深度 P、调制因子、增益/损耗系数W0)和艾里-高斯光束的特征参数(截断系数a、分布因子)对艾里-高斯光束的传输特性的影响。结果表明:在高斯型PT对称介质中,艾里-高斯光束可以形成振荡孤子,且可稳定传输。孤子的峰值强度随P、W0、a的增大而增大,随的增大而减小;振荡周期随P和的增大而减小,随W0的增大而增大。当增大时,在0<<0.55范围内,孤子的峰值强度变化不明显;当>0.55时,孤子的峰值强度迅速减小。该研究结果可为孤子在复杂非均匀介质中的传输及全光控制方面的应用提供理论基础。
非线性光学 艾里-高斯光束 宇称时间对称介质 复折射率 孤子传输 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1519001
考虑原子间相互作用随时间变化,首先基于Darboux变换法,得到一维无量纲的非线性薛定谔方程的孤子解,发现排斥抛物势中超冷原子之间随时间呈指数增加(减小)的相互作用对孤子有一个阻力(推力)作用。然后,利用直接数值模拟的方法研究了排斥抛物势中相互作用时空调控的超冷玻色气体孤子动力学行为,发现:当原子间相互作用不变时,存在一个临界速率;当原子间相互作用随空间坐标变化时,不但孤子的临界局域速率会变小,而且即使初始速率为0,孤子也可穿过势垒,并产生一个周期性振荡行为,振荡周期可通过改变囚禁频率和原子间相互作用来调控。相关结果可为超冷玻色气体在量子信息方面的应用提供一定的参考。
量子光学 超冷玻色气体 亮孤子 原子间相互作用 光学学报
2023, 43(13): 1327001
1 长春理工大学 光电工程学院 空间光电技术研究所,吉林 长春 130022
2 长春理工大学 光电工程学院 光学工程系,吉林 长春 130022
基于无波分裂脉冲产生的平坦超连续谱被报道。笔者采用非线性偏振旋转(NPR)作为锁模方法来实现耗散孤子脉冲和无波分裂脉冲的切换输出。在0.3 W的泵浦功率下,获得了耗散孤子脉冲。脉冲宽度为5.8 ps,脉冲间隔为54 ns,与11.05 m的腔长一致,信噪比为55 dB,压缩后的脉冲宽度为0.61 ps。值功率可以被提升到1.18 kW。通过适当调整腔偏振态和增加泵浦功率,耗散孤子可以演化为无波分裂脉冲。随着泵浦功率的提高,脉冲宽度从11.7 ps增加到20.2 ps,几乎增加了两倍。经过计算,时间带宽积从23.9增加到53.43。较大的啁啾可以抵抗非线性相移的影响,从而避免脉冲分裂。无波分裂脉冲的脉冲能量可以提高到3.89 nJ,是耗散孤子脉冲能量的五倍。随后,使用耗散孤子和无波分裂脉冲作为种子源去获得超连续谱。结果表明,在锥形高非线性光纤中,无波分裂脉冲产生的超连续谱范围和平坦度均优于耗散孤子脉冲。基于耗散孤子脉冲和无波分裂脉冲产生的超连续谱范围为1 400~2 000 nm,覆盖了S波段、C波段、L波段三个主要通信波段,20 dB带宽分别为310.3 nm和426.4 nm。这项工作将有助于高能量脉冲光纤激光器的发展,并提高其在超连续谱产生和光通信领域的潜在应用。
超连续谱 非线性偏振旋转 耗散孤子 无波分裂脉冲 平坦度 supercontinuum nonlinear polarization rotation dissipative soliton wave-free breaking pulse flatness 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220745
1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海 200062
2 华东师范大学重庆研究院,重庆 401120
3 济南量子技术研究院,山东 济南 250101
近年来,智能光子学领域取得了蓬勃发展。其中,机器学习算法与超快光学的结合展现出了巨大潜力,不仅给超快光学系统带来了新功能,也极大地提升了系统的性能。特别地,机器学习已在锁模激光器中获得了广泛应用。本文着重介绍机器学习算法及控制系统在超快光纤激光器中的应用,包括产生和操控孤子锁模脉冲、时空锁模脉冲、呼吸子脉冲以及分形呼吸子。
激光器 锁模 孤子 呼吸子 智能 中国激光
2023, 50(11): 1101006