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(xué)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(shí)驗(yàn)觀察研究過的光孤子，同時(shí)對(duì)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(yùn)河里首先觀察到了孤子現(xiàn)象。在他的報(bào)告中，孤子被定義為一種特殊的波，可以無扭曲傳播很長(zhǎng)的距離。物理學(xué)中，孤子是一種自增強(qiáng)的局域孤子波包，可以在介質(zhì)中長(zhǎng)距離傳播而不改變形狀。孤子的研究適用于多個(gè)非線性領(lǐng)域物理場(chǎng)景，包括流體力學(xué)，等離子體物理，光學(xué)，生物與大氣系統(tǒng)、非線性光纖等。由于光通信和光信號(hào)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(rèn)為是研究時(shí)間光孤子的形成和動(dòng)力學(xué)的理想平臺(tái)之一。
光脈沖在光纖中傳輸時(shí)，同時(shí)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(dú)作用影響下，脈沖均會(huì)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(shí)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(gè)互相垂直偏振模式，孤子如果以兩種模式相對(duì)獨(dú)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(duì)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(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)是鎖模光纖激光器。利用被動(dòng)鎖模技術(shù)實(shí)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(duì)稱邊帶，時(shí)域脈沖寬度為皮秒或百飛秒量級(jí)。
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(shí)驗(yàn)觀測(cè)到了多種理論預(yù)測(cè)的光孤子。光纖激光器中目前已經(jīng)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到由上述數(shù)學(xué)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(jī)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(duì)上述的研究均做了詳細(xì)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(jìn)了光纖激光器中孤子的研究。隨著二維材料的進(jìn)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(cè)量技術(shù)，時(shí)間拉伸光譜法在超快分析中開始廣泛應(yīng)用。目前這項(xiàng)技術(shù)已廣泛用于光纖激光器分析孤子脈沖動(dòng)力學(xué)，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(shí)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(shí)會(huì)拓展出更多有價(jià)值的應(yīng)用，推動(dòng)光纖激光器的產(chǎn)業(yè)化。
該項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助
