基于泵浦强度调制的超快光纤激光器中孤子分子光谱脉动动力学研究

采用实时傅里叶变换光谱探测技术,研究了基于泵浦强度调制的超快掺铒光纤锁模激光器中孤子分子光谱的脉动动力学.结果表明,在一定的泵浦强度调制情况下,孤子分子光谱的脉动周期可由泵浦调制频率进行调控.同时,孤子分子脉动幅度以及孤子间相对相位的演化与泵浦调制频率有关.在较低的调制频率(如1 kHz)下,光谱脉动的孤子分子内脉冲间的相对相位随传播时间呈现滑动型动力学.随着调制频率逐渐加大(如20 kHz),孤子分子内脉冲间的相对相位演化逐渐趋于混乱,表明脉动孤子分子可能存在固有的共振频率,与孤子分子的稳定性有关.研究结果对于深入理解孤子分子的产生与稳定性提升、孤子分子的全光操作及应用具有重要的指导意义.

孤子分子/类噪声脉冲可切换的混合锁模光纤激光器

不同类型脉冲之间的演化是被动锁模光纤激光器丰富动力学的体现。报道了一种可实现多种脉冲切换的混合锁模光纤激光器,当泵浦功率为400 mW时实现了孤子分子、谐波锁模、孤子簇之间的相互切换。增加泵浦功率至600 mW时获得了类噪声脉冲输出,对应的输出功率和单脉冲能量分别为15.2 mW和0.86 nJ。通过调节偏振控制器实现了类噪声脉冲中心波长从1 895 nm到1 930 nm可调谐。所搭建的激光器具有锁模脉冲可切换,波长可调谐,能自启动等优点。

非线性光学中的暗孤子分子

孤子分子是当前非线性光学中的重要课题.本文首先研究具有高阶色散和高阶非线性效应非线性光学模型中各种周期波(孤子晶格)的严格解,及各种可能的单孤子解.然后在一个可积的情况下,利用推广的双线性形式,给出多孤子解,并从多孤子解的速度共振条件给出暗孤子分子的严格解析表达式.对于本文给出模型的多暗孤子分子之间,以及孤子分子和通常孤子之间的相互作用都是弹性的.值得指出的是,在不可积的情况下孤子分子也是可以存在的.

钛宝石飞秒激光器中孤子分子的内部动态探测

孤子是自然界中一种基本的非线性波动传递形式,孤子间的相互作用能够映射出复杂非线性系统的多体动力学过程,具有重要的基础研究价值.被动锁模激光器是研究孤子相互作用的理想平台.光孤子之间的吸引、排斥作用能够形成孤子分子,而时间拉伸色散傅里叶变换(TS-DFT)技术使得实时探测孤子分子动力学成为可能.基于TS-DFT技术,本文实验研究了钛宝石飞秒激光器产生的孤子分子的内部动态,通过改变抽运功率,分别观察到了间隔为180 fs的稳定的孤子分子和间隔为105 fs的具有微弱相位振荡的孤子分子,后者的振动幅度仅为0.05 rad.实验发现受到环境影响,稳定态的孤子分子还能够转变为相位滑动状态.这些间隔为百飞秒量级的光学孤子分子对于研究孤子的近程非线性相互作用具有突出的意义.

广义(2+1)维破裂孤子方程的非局域对称、多孤子解和孤子分子

利用Lax对得到广义破裂孤子方程的非局域对称并局域到李点对称。由于谱参数的任意性,故通过引入延拓系统推导出有限变换定理和孤子分子。

Burgers-Sharma-Tasso-Olver 方程的孤子分子及其半周期扭结子解

孤子分子在光学系统、波色爱因斯坦凝聚及激光研究等领域具有重要的理论和实验指导意义。文章借助分子共振理论,得到了Burgers-Sharma-Tasso-Olver(BSTO)方程的孤子分子,并分析其产生和形成的机理,且引入速度共振机制获得了半周期扭结子解,揭示了分子孤子的聚变和裂变现象。

间距可控的耗散孤子分子锁模光纤激光器

通过在耗散孤子锁模光纤激光器外接入马赫-曾德尔干涉仪,实现了间隔可控的耗散孤子分子超短脉冲输出。马赫-曾德尔干涉仪由两个50∶50分束器和一个可调谐时间延迟线构成。通过调节时间延迟线控制马赫-曾德尔干涉仪两臂的光程差,可以实现耗散孤子分子的间距连续可调谐。实验中实现了脉冲间隔分别为0.8、1.3、2.37、4.25、6.24、9.4、15.3 ps的耗散孤子分子,对应的光谱调制间隔分别为8.3、6.1、3.83、1.88、1.27、0.85、0.52 nm。理论分析了孤子分子的产生机理并与实验数据保持一致。本研究为实现间距可控孤子分子超短脉冲提供了一个行之有效的方法。

一个(3+1)-维KdV方程的呼吸子解、孤子解及形态转换

研究了一个(3+1)-维Korteweg-de Vries(KdV)方程的呼吸子解和孤子分子的共振条件。首先,借助Hirota双线性导数法对一个(3+1)-维KdV方程进行双线性化,利用双线性形式求出该方程的呼吸子解。然后,在一定参数条件下,呼吸子解可以转换为其他类型的非线性波形态,比如W型波、双峰孤波、平行孤波和周期孤波等。最后,求出(x,y)、(x,z)、(x,t)、(y,z)、(y,t)、(z,t)等平面上的孤子分子的共振条件,并进行了动力学分析。

修正KdV-sinh-Gordon方程的实N孤子解及复N孤子解

研究了修正KdV-sinh-Gordon(mKdV-SHG)方程的孤子解及孤子分子的存在条件。首先借助Hirota双线性导数法对mKdV-SHG方程进行双线性化,利用双线性形式求出该方程的单孤子解、双孤子解、三孤子解并画出其三维图形,然后在此基础上计算出实N孤子解和复N孤子解,最后验证了孤子分子的存在,并得出其存在条件。

位于第三近红外窗口的平坦光纤超连续谱产生

报道了一种基于非线性偏振旋转效应的被动锁模光纤激光器。采用980 nm分布式反馈激光器作为泵浦源,0.5 m长的高掺杂掺铒光纤作为增益介质。实现了脉冲宽度为822 fs的传统孤子锁模脉冲,输出脉冲的平均功率为2.8 mW,信噪比为55.8 dB。通过微调腔内的偏振控制器,实现了传统孤子脉冲和孤子分子脉冲间的切换,孤子分子的脉冲宽度为312 fs,信噪比为53.86 dB。孤子分子脉冲经掺铒光纤放大器放大后泵浦一段57 m长的高非线性光纤,产生了位于第三近红外窗口(1600 nm~1870 nm)的超连续谱,其20 dB谱宽为355.8 nm。

基于多模光纤干涉效应的百飞秒展宽脉冲产生

设计了基于多模干涉效应锁模的掺铒光纤激光器,利用渐变折射率多模光纤实现了锁模脉冲输出。通过控制泵浦功率,调节腔内偏振控制器,实验获得中心波长为1528 nm的展宽脉冲,3 dB带宽为37.2 nm,脉冲宽度为973.2 fs。在腔外进行色散补偿,将展宽脉冲的脉冲宽度压缩至280.1 fs。此外,通过提高总泵浦功率至961.1 mW并微调偏振控制器,获得了色散管理孤子分子脉冲输出,调制周期为0.32 nm,对应的脉冲间隔为24.1 ps。实验采用多模光纤内置在偏振控制器中的锁模结构,突破了对多模光纤长度的限制,激光器结构紧凑,具有出色的稳定性。

位移浅水波系统

(1+1)维位移浅水波系统(1DDSWWS)是结合流体力学和变分原理,运用拉格朗日坐标而构造的浅水波方程.综合流体在3个维度空间上的能量,将1DDSWWS推广,可推导出(2+1)维位移浅水波系统(2DDSWWS).2DDSWWS的严格解可表示为椭圆函数积分,这个椭圆函数积分可退化为雅可比椭圆周期函数解和孤立波解.2DDSWWS的水面具有各种不同形态的孤子激发模式,我们在2DDSWWS模型中也发现了孤子分子.借用量纲分析的方法添加流体黏性项,可以对理想的(2+1)维位移浅水波系统进行修正,建立修正的2DDSWWS模型.当黏性系数为零时,修正模型将退化成理想模型.修正的2DDSWWS模型的严格解可以很清晰地展示流体的黏性对流体运动的影响.在连续性方程中保留高阶项,重构拉格朗日函数,可以得到全非线性(2+1)维位移浅水波系统(FN2DDSWWE).在低阶近似下,忽略某些高阶项,FN2DDSWWE可以退化成2DDSWWS模型.

全正色散多波长被动锁模耗散孤子掺镱光纤激光器

报道了一种带有周期性双折射光纤滤波器的全正色散多波长被动锁模耗散孤子掺镱光纤激光器.通过数值模拟发现加入滤波器后激光器能输出多波长耗散孤子脉冲,调节滤波器带宽大小可以得到不同波长个数和波长间隔的多波长锁模耗散孤子脉冲.在激光器产生的四波长和五波长耗散孤子脉冲中观察到了耗散孤子分子,并且通过调节滤波器参数和饱和功率可以改变多波长脉冲中耗散孤子分子的个数和波长.这是在被动锁模光纤激光器中首次实现包含有耗散孤子分子的多波长脉冲.另外还在实验上实现了全正色散双波长被动锁模耗散孤子的产生.