近日，中科院西安光機(jī)所光子功能材料與器件研究室郭海濤研究員團(tuán)隊(duì)在中紅外光纖激光脈動(dòng)孤子動(dòng)力學(xué)研究方面獲得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《Double-periodic pulsating solitons in 2.8 μm mid-infrared fiber laser》為標(biāo)題，發(fā)表在《Chaos, Solitons and Fractals》期刊上。

中紅外超快光纖激光器憑借其高轉(zhuǎn)換效率、結(jié)構(gòu)緊湊、模式質(zhì)量?jī)?yōu)異及寬帶發(fā)射譜等優(yōu)勢(shì)，在光譜學(xué)、醫(yī)療手術(shù)和材料加工等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。然而，其性能優(yōu)化仍面臨非線性效應(yīng)、色散調(diào)控及復(fù)雜脈沖動(dòng)力學(xué)等挑戰(zhàn)。在高泵浦強(qiáng)度下，非線性效應(yīng)誘發(fā)的雙周期脈動(dòng)孤子，具有長(zhǎng)周期與短周期的復(fù)合特性，是非線性動(dòng)力學(xué)研究的典型范例，對(duì)激光技術(shù)在信息編碼、光存儲(chǔ)和光通信等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

圖1.單脈沖狀態(tài)下的激光性能表現(xiàn)。時(shí)域(a)和頻域(b)演化隨往返圈數(shù)變化；諧振腔內(nèi)脈沖時(shí)域(c)和頻域(d)的演化圖；諧振腔內(nèi)脈沖峰值功率(藍(lán))與脈沖能量(紅)的變化；收斂后脈沖的時(shí)域波形(f-1)、對(duì)應(yīng)的線性光譜(f-2)和對(duì)數(shù)光譜(f-3)；非線性偏振旋轉(zhuǎn)透射曲線(藍(lán))，以及瞬時(shí)功率與透射率的乘積隨瞬時(shí)功率變化的曲線(紅)(g)。

研究團(tuán)隊(duì)基于復(fù)金茲堡-朗道方程，系統(tǒng)探究了中紅外超快光纖激光器中雙周期脈動(dòng)孤子的動(dòng)力學(xué)特性。通過(guò)調(diào)控2.8μm摻鉺氟化物鎖模光纖激光器的泵浦功率，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了從穩(wěn)態(tài)單脈沖到脈動(dòng)孤子、束縛態(tài)孤子，直至三孤子分子與四孤子分子的轉(zhuǎn)變。團(tuán)隊(duì)觀測(cè)到多組短周期（13、9、4、11、7、10、3）與長(zhǎng)周期（425、86、105、216、648、823、90）并存的雙周期脈動(dòng)孤子，其動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)為短周期與長(zhǎng)周期脈動(dòng)的混合模式。研究發(fā)現(xiàn)，在泵浦功率增加時(shí)，脈動(dòng)孤子的短周期保持恒定，而長(zhǎng)周期逐漸增加。

圖2.雙周期脈動(dòng)孤子特性。時(shí)域脈沖(a),光譜(b),脈沖能量(c),峰值功率(d)隨往返圈數(shù)的變化;在RTs=1000~1060時(shí),能量(e)和峰值功率(f)隨往返圈數(shù)的變化;RTs=300~2000時(shí),能量-峰值功率演化軌跡(g);在兩個(gè)連續(xù)的13個(gè)往返周期內(nèi)的軌跡對(duì)比圖(h).

該研究首次揭示了中紅外光纖激光器中雙周期脈動(dòng)孤子的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，不僅深化了對(duì)反常色散激光器系統(tǒng)中脈沖非線性行為的理解，還為優(yōu)化中紅外超快激光脈沖提供了新思路，有望應(yīng)用于分子光譜學(xué)與精密材料加工領(lǐng)域。

研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目課題、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目資助。

論文第一作者為西安光機(jī)所博士生董雨荷，通訊作者為西安光機(jī)所肖旭升副研究員和郭海濤研究員。第一完成單位和通訊單位為西安光機(jī)所。

郭海濤團(tuán)隊(duì)在中紅外玻璃光纖、光纖器件及激光器整機(jī)領(lǐng)域取得系列創(chuàng)新成果，在光學(xué)與材料學(xué)國(guó)際權(quán)威期刊發(fā)表論文100余篇，獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利14項(xiàng)，出版英文專著1部，并榮獲中國(guó)科學(xué)院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)等榮譽(yù)。

轉(zhuǎn)自：西安光機(jī)所

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