【半导光电】纯四次孤子光纤激光器的脉动动力学

专家视点

光孤子在光频梳、超快激光技术和非线性成像等多个领域的发展中发挥着重要作用，因此，一直是人们研究的热点。在此，Zhang等人数值研究了被动锁模光纤激光器中纯四次孤子的脉动动力学。分岔图表明，在进入混沌状态之前，纯四次孤子在光纤激光器中经历了稳定的单孤子和脉动状态之间的多个阶段的交替。这种多重交替行为可归因于纯四次孤子的中心部分和振荡尾部的能量再分配，这由自相位调制诱导的相移和四阶色散诱导的相移之间的不完全平衡引起。在脉动过程中，可以观察到孤子的爬行行为，伴随着周期性的非对称时间分布和纯四次孤子的中心波长漂移。这些发现为光纤激光器中纯四次孤子的动力学提供了新的见解。该工作发表在Optics Letters上。

图1 (a) 用于模拟的被动锁模光纤激光器示意图。(b) β4的相位分布。(c) 当饱和能量Es设置为50 pJ时，具有不同四阶色散值的稳定纯四次孤子的时间分布。(d) 光谱剖面。(c)中插图：对数刻度上的时间分布。β4=-20 ps4km-1（从(c)和(d)中底部开始第一条）, β4=-40 ps4km-1（第二条）, β4=-60 ps4km-1（第三条）, β4=-80 ps4km-1（第四条）以及β4=-100 ps4km-1（顶部曲线）。

图2 当四阶色散β4和饱和能量Es分别设置为60 ps4km-1和50 pJ时，(a) 时域和(b) 光谱域的演变。

图3 纯四次孤子的脉动状态。当四阶色散β4和饱和能量Es分别设置为60 ps4km-1和90 pJ时，(a)时域和(b)光谱域的演化。(a)中插图：纯四次孤子中心部分和振荡尾的能量演化。

图4 图3所示的纯四次孤子的光谱和脉冲分布细节：(a)，(e)第470次往返；(b)，(f)第490次往返；(e)，(g)第520次往返；(d)，(h)第540次往返。

图5 (a) 具有不同饱和能量Es值的纯四次孤子的归一化峰值强度演化（四阶色散β4固定为-60 ps4km-1)。Es=50 pJ、90 pJ、100 pJ、110 pJ、130 pJ、150 pJ、160 pJ、180 pJ、190 pJ、200 pJ。(b)，(c) 饱和能量Es为(b)160 pJ和(c)130 pJ时获得的脉冲波形。

图6 具有不同四阶色散的纯四次孤子的分岔：(a) -40 ps4km-1，(b) -60 ps4km-1，(c) -80 ps4km-1，(d) -100 ps4km-1。

综上所述，研究人员数值研究了纯四次孤子光纤激光器中的脉动动力学。脉动纯四次孤子的动力学表明，与传统孤子不同，可以观察到稳定孤子态和脉动态之间的多次交替。在脉冲过程中，研究人员还获得了具有周期性不对称时间分布和中心波长漂移的孤子爬行行为。这些研究加深了人们对纯四次孤子光纤激光器中孤子动力学的理解，也将对研究超快激光器和非线性光学具有吸引力。

研究人员简介

徐文成，华南师范大学信息光电子科技学院教授，研究方向为光纤激光技术、非线性光纤光学以及有源/无源光通信器件。

E-mail：xuwch@scnu.edu.cn

罗智超，华南师范大学信息光电子科技学院研究员，研究方向为光纤激光技术及应用、有源/无源光通信器件以及非线性光纤光学。

E-mail：zcluo@scnu.edu.cn