暗孤子光纤激光器研究新进展

江苏师范大学的研究人员通过数值仿真的方法首次说明了了光纤激光器中初始条件对暗孤子脉冲构成的影响，研究结果表明，与暗孤子在光纤中无阈值构成的特性有所不同，在光纤激光器中亮孤子的分解是不受初始条件约束的。不是所有的初始凸起都可以演进为暗孤子，更加神秘的是初始输出的亮脉冲也有可能进化为暗孤子输入。

该研究成果近日公开发表在《应用光学》（AppliedOptics.2015,54(1),71-77）上。　　孤子是所指在介质中传播时可以维持形状恒定的一种类似的波包。脉冲在光纤激光器中构成时，虽然在激光器内脉冲的性能参数再次发生周期性变化，但在激光器腔内的相同方位，在稳态时脉冲的性能参数恒定，在这个意义上我们将光纤激光器中构成的非同脉冲也称作孤子。

脉冲强度低于背景的一般称作暗脉冲；脉冲强度高于背景的一般称作亮脉冲。对应于激光器的两种基本工作形态：暗脉冲和亮脉冲，在光纤激光器中可以产生暗孤子和亮孤子。由于孤子的传播恒定特性和孤子宽度的极窄化（一般孤子宽度可以大于皮秒），孤子通讯仍然被指出是下一代通讯系统的选用对象。

而亮孤子与暗孤子比起，亮孤子对噪音和光纤传输损耗较为不脆弱，因此是光通讯的未来之星。随着对通讯比特率及速率市场需求的快速增长快速增长，目前的波分复用技术早已超过一个瓶颈，因此，更加多的研究者新的对孤子通讯产生兴趣，这也加快了对暗孤子光纤激光器的研究。　　2009年，新加坡南洋理工大学的研究小组首次在光纤激光器中构建亮脉冲输入(H.Zhangetal.,Phys.Rev.A,80,045803(2009))，2010年美国国家标准技术研究所的StevenT.Cundiff研究组在量子点激光器中观测到平稳的暗脉冲输入，并应验亮脉冲激光的经常出现将对光通信领域具有最重要的影响(M.M.Fengetal.,Opt.Express18,13385-13395(2010))。

　　江苏师范大学的研究小组以掺入铒光纤激光器为研究对象，通过数值仿真研究了有所不同初始脉冲在完全相同的操作者条件下的腔内演进过程。研究结果表明亮孤子是可以在光纤激光器中产生的，但对初始脉冲的参数有拒绝。亮孤子在光纤中可以由给定的初始凸起演进而出，即暗孤子在光纤中的传播构成是没阈值效应的。与此构成对比的是：在光纤激光器中，不是任何一个初始凸起都可以改变为暗孤子输入。

在光纤激光器中要想要构成亮孤子输入，除了光纤激光器的运营条件要符合一定拒绝，对初始脉冲的参数也有一定拒绝：在脉冲演进过程中产生振幅变异，并且该振幅变异可以维持并逐步演进为，在这种情况下才可以产生平稳的暗孤子输入，如图一所必。只要初始脉冲在腔内的演进过程可以符合上述条件才可获得亮孤子输入，即使初始脉冲是暗脉冲也可以最后构成平稳的暗孤子输入，图二得出了具备有所不同脉冲形状的亮脉冲最后都构成了亮孤子输入。对暗孤子构成过程的数值仿真为暗孤子激光器的实验设计，以及为下一步构建平稳的参数高效率的暗孤子输入获取了可信的理论指导。

　　此项研究获得了国家自然科学基金委、江苏省科技厅、江苏省教育厅（江苏省优势学科和江苏省高校协同创意中心）的资助反对，由江苏省先进设备激光材料与器件重点实验室赵鹭明教授领衔的研究小组已完成。目前，研究人员正在积极开展先前研究，并希望早日构建首台平稳高效率的暗孤子光纤激光器。

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