信息來源于：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于：2021-04-12
http://http://www.incomelaser.com/日前，深圳大學微納光電子研究院張晗教授課題組宋宇鋒研究員在《Applied Physics Review》上發(fā)表了題為“Recent progress of study on optical solitons in fiber lasers”的綜述論文，論文系統(tǒng)回顧了光纖激光器內(nèi)可經(jīng)過實驗觀察研究過的光孤子，同時對基于光纖激光器的光孤子研究未來發(fā)展做出了展望。
1834年。約翰·斯科特·拉塞爾在蘇格蘭的一條運河里首先觀察到了孤子現(xiàn)象。在他的報告中，孤子被定義為一種特殊的波，可以無扭曲傳播很長的距離。物理學中，孤子是一種自增強的局域孤子波包，可以在介質(zhì)中長距離傳播而不改變形狀。孤子的研究適用于多個非線性領(lǐng)域物理場景，包括流體力學，等離子體物理，光學，生物與大氣系統(tǒng)、非線性光纖等。由于光通信和光信號處理系統(tǒng)的潛在應(yīng)用，光孤子在過去三十年中引起了人們的極大興趣。以稀土摻雜光纖為增益介質(zhì)的超快光纖激光器被認為是研究時間光孤子的形成和動力學的理想平臺之一。
光脈沖在光纖中傳輸時，同時受到色散和非線性Kerr效應(yīng)的影響。在兩種效應(yīng)分別單獨作用影響下，脈沖均會發(fā)生展寬。在反常色散光纖中，色散和非線性的共同作用可以實現(xiàn)相互平衡，由此形成了傳輸中無形變的光脈沖，這種光脈沖被稱為光孤子，光纖傳輸中的光孤子一般可用非線性薛定諤方程來描述。在單模光纖的條件下， 由于雙折射的存在，腔內(nèi)傳輸存在兩個互相垂直偏振模式，孤子如果以兩種模式相對獨立的傳輸，則可描述其為矢量孤子，如圖1所示。矢量孤子的描述由圖中所示的耦合非線性薛定諤方程來描述，耦合方程增加了四波混頻和交叉相位調(diào)制對脈沖傳輸?shù)挠绊憽?
圖1 矢量孤子的產(chǎn)生示意圖
目前，研究的主要實驗研究平臺是鎖模光纖激光器。利用被動鎖模技術(shù)實現(xiàn)的超短脈沖可以在光纖中形成光孤子，典型的鎖模光纖激光器裝置如圖2所示。孤子光纖激光器在光譜上具有明顯的對稱邊帶，時域脈沖寬度為皮秒或百飛秒量級。
圖2孤子鎖模脈沖光纖激光器示意圖。
近十年來，在光纖激光器中實驗觀測到了多種理論預(yù)測的光孤子。光纖激光器中目前已經(jīng)實驗觀測到由上述數(shù)學模型描述的光孤子，包括在色散，非線性效應(yīng)共同作用下產(chǎn)生，基于傳統(tǒng)的非線性薛定諤方程亮孤子和暗孤子；在增益和損耗因素影響下，基于金斯伯格朗道方程的耗散孤子；基于耦合波方程的矢量孤子；偏振磁疇壁光孤子；以及多孤子產(chǎn)生機制下出現(xiàn)的有趣的孤子相互作用現(xiàn)象，以束縛態(tài)孤子，孤子雨等形式為代表。該綜述對上述的研究均做了詳細的回顧。
可飽和吸收體是孤子鎖模光纖激光器的核心器件。在過去的十年里，基于二維材料等新型非線性材料的可飽和吸收體快速發(fā)展極大促進了光纖激光器中孤子的研究。隨著二維材料的進一步發(fā)展成熟，孤子光纖激光器的研究將得到快速發(fā)展。
近年來，一種新的測量技術(shù)，時間拉伸光譜法在超快分析中開始廣泛應(yīng)用。目前這項技術(shù)已廣泛用于光纖激光器分析孤子脈沖動力學，孤子分子，孤子爆炸，耗散孤子，耗散孤子分子和相互作用，光怪波等等。時間拉伸分散傅里葉變換技術(shù)已經(jīng)成為研究未來光纖激光器中的孤子的重要工具。可以預(yù)見的是，隨著新材料新技術(shù)的不斷產(chǎn)生，孤子光纖激光器研究不僅將得到更加快速的發(fā)展，同時會拓展出更多有價值的應(yīng)用，推動光纖激光器的產(chǎn)業(yè)化。
該項目得到了國家自然科學基金項目的資助
