基于色散傅里叶变换的孤子脉冲建立与放大研究

基于色散傅里叶变换技术研究了反常色散腔内传统孤子和正常色散腔内耗散孤子建立时的孤子动力学过程。为探究脉冲在光放大器中如何随放大功率演变,实验和模拟研究了这两类孤子经放大器放大后的动态变化。结果表明,这两类孤子的光谱在建立时会经历不同的振荡过程,传统孤子光谱会由能量有剧烈振荡的调制拍频状态过渡至稳定,耗散孤子光谱则会由无序调制状态平稳展宽至稳定。在放大器中,随着放大器泵浦功率的上升,传统孤子光谱中心能量将被转移而展宽,耗散孤子光谱则在保持谱宽不变的情况下在边沿出现尖峰。这些锁模光纤激光器和光放大器中的动态孤子非线性现象在超快激光及其放大系统中有着潜在的应用价值。

基于时间拉伸色散傅里叶变换技术的孤子建立过程实验观测

在掺铒光纤激光器中,利用时间拉伸色散傅里叶变换技术实验观察了传统孤子和束缚态孤子的建立过程。通过非线性偏振旋转机制实现了飞秒被动锁模脉冲运转,实验结果显示,传统孤子的建立遵循如下过程:首先腔内产生大量随机脉冲,随后小脉冲被压制、主脉冲被有效压窄增强以形成光学孤子,接着快速的孤子自频移形成稳定的孤子运转。束缚态孤子则由单孤子劈裂形成两只孤子,且在运转过程中相互作用,表现为时域上的延迟变化。

时间拉伸色散傅里叶变换在被动锁模光纤激光器研究中的应用

时间拉伸色散傅里叶变换(TS-DFT)技术推动了锁模激光器中瞬态现象的研究,对于揭示复杂系统中的耗散动力学过程具有重要意义。介绍了TS-DFT技术的基本原理及其在数据采集和数据处理中存在的关键问题,总结了TS-DFT技术在被动锁模光纤激光器的类噪声脉冲与怪波、孤子爆炸、孤子束缚态、锁模自启动和矢量孤子等各类超快现象研究中的应用。

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.

基于TS-DFT高速光谱解调的FBG温度分布检测

基于时间拉伸-色散傅里叶变换(time-stretch dispersive Fourier transformation,TS-DFT)技术实现了光纤布拉格光栅反射谱高速解调。解调系统由锁模激光器、环行器、色散补偿光纤、参考光栅、传感光栅以及数据采集和处理模块组成。实验得到了传感光栅在不同温度场下的时域映射光谱,通过与光谱仪测量光谱对比,验证了系统高速光谱解调能力,解调速率为51.2 MHz。结合光谱反演算法得到了沿光栅轴向的温度分布,空间分辨率为200µm,实现了传感光栅高速、高空间分辨率温度传感。

超快平面显微成像技术

快速成像技术在很多领域都有着重要的应用,本文基于超短光脉冲的时-空-频映射原理,提出并实现了一种超快平面显微成像技术。利用色散傅里叶变换及空间色散器件把光脉冲的宽带频谱信息分别映射到时域和空域,利用高速光电探测器进行串行单像素成像,最终获得了帧速率为20.9 MHz,空间分辨率为22μm和55μm的一维及二维平面成像系统。在实验中用标准的分辨率目标板验证了成像效果。该技术为超快成像提供了一种有效手段,并将应用于高速平面检测等多个领域。

多孤子和类噪声脉冲共存的锁模光纤激光器

研究了非线性放大环形镜锁模掺铒光纤激光器中多孤子和类噪声脉冲同时产生的演化特性.当激光器运行在类噪声脉冲状态时,单个孤子簇里包含着多个不同间距的脉冲,同时相邻脉冲之间的脉冲间距均保持在数百皮秒的范围内,说明多孤子脉冲之间存在较弱的相互作用力.并且,单个孤子簇中的总脉冲数随着抽运功率的增大而增加.在最大的抽运功率时,单个孤子簇包络内部有8个脉冲.此外,利用时间拉伸色散傅里叶变换技术研究了这种类噪声多孤子脉冲的实时动力学演化特性,研究表明类噪声脉冲状态下的多孤子脉冲中每个脉冲实际上都是由随机强度的噪声混沌波组成的.这些研究结果将有助于深入理解类噪声脉冲的物理机制,也将为探索其他复杂孤子动力学过程奠定基础.

脉宽可调谐方波脉冲掺铒光纤激光器

为分析方波脉冲的激光输出特性,提出了利用色散傅里叶变换的方法对脉宽可调谐方波脉冲光纤激光器进行实验研究,采用非线性放大环形镜锁模方式得到了重复频率为1.51 MHz方波锁模脉冲。实验分析得出:随着泵浦功率的增大,方波脉冲的持续时间持续增大,其对应的单次光谱线宽线性增大;光谱的15次往返在波长1586.10 nm处具有几乎相同的强度,说明该激光器具有良好的稳定性。

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.

被动锁模光纤激光器中实时动力学特性的研究进展

超快、非重复现象的实时测量在很多领域具有较强的挑战性,新兴的色散傅里叶变换(DFT)技术克服了传统光学仪器扫描速率的限制,使实时光谱测量成为可能。本文介绍了基于DFT技术的被动锁模光纤激光器实时动力学特性的研究进展,其将有助于研究者对激光器中孤子爆炸、脉动孤子、孤子产生和消亡、类噪声脉冲等各种动力学现象的深入理解,对其优化光纤激光器特性具有重要启示。

锁模光纤激光器中隐形孤子脉动演化特性研究(特邀)

以锁模光纤激光器为研究平台,利用色散傅里叶变换技术,实时观察到调制频率成比例的三周期隐形孤子脉动现象。通过分析孤子的演化特性,笔者所在课题组认为孤子的调制不稳定性引起了色散波和孤子的参量耦合过程,导致了色散波和孤子的能量交换,从而产生了参量边带和隐形孤子脉动。部分能量在色散波和孤子间的交换使得孤子总能量几乎不变。因此这种孤子脉动难以通过时域脉冲序列分辨。此外,文中实验分析了隐形孤子脉动完整的演化路径,即仅通过增加泵浦功率使得脉动产生至消失的过程。与传统的可见脉动过程相比,这种隐形孤子脉动的调制周期随泵浦功率的变化较小。该工作不仅加强了对孤子脉动动力学现象的理解,还对锁模激光稳定性的提升具有重要意义。

窄谱被动锁模光纤激光中心波长高速调谐及其脉冲重建过程

报道基于快速声光滤波技术的窄谱被动锁模掺镱光纤激光中心波长快速调谐研究。窄谱锁模光纤激光器系统的输出功率可达200 mW,脉冲宽度为5.87 ps,重复频率为40.874 MHz,光谱带宽为0.15 nm。通过编程声光可调谐滤波器的射频信号,可以获得中心波长在1016~1042 nm范围内可调谐的稳定锁模脉冲。为了掌握腔内滤波时激光脉冲的重建过程,利用色散傅里叶变换技术观测波长调谐时激光脉冲的实时重建过程,并确定激光器的最高中心波长调谐频率约为5 kHz。

被动锁模光纤激光器中孤子束缚态动力学特征提取与预测

基于非线性偏振旋转技术搭建了1550 nm波段的被动锁模光纤激光器,结合时间拉伸色散傅里叶变换实时探测技术,对激光器中孤子束缚态动力学进行了测量,并基于自相关算法分析了孤子间距与相位差的演化。同时设计了对孤子束缚态动力学进行特征提取与预测的演化卷积自编码模型,实现了孤子束缚态动力学的特征参数提取以及预测。研究结果为孤子动力学研究提供了新见解,有助于挖掘孤子相互作用的物理机制。

超快光纤激光器中孤子瞬态动力学特性研究进展

回顾了锁模光纤激光器中各种孤子动力学特性的研究状况,介绍了近年来基于色散傅里叶变换(DFT)技术的超快光纤激光器孤子瞬态动力学特性的研究进展,分析了同时利用时间透镜和DFT技术的超快现象多尺度探测,这些均有助于更全面地了解光孤子的物理本质。实时测量技术的发展必将极大地激发研究人员探索孤子动力学特性的热情,进一步促进孤子动力学特性研究和超快激光技术的发展。

Decaying evolution dynamics of double-pulse mode-locking

Taking advantage of the dispersive Fourier transformation technique, the decaying evolution processes of doublepulse mode-locking in a single-walled carbon-nanotube-based Er-doped fiber laser are observed in detail for the first time to our knowledge. The decaying dynamics of the double-pulse mode-locking state is analyzed in the spectral and temporal domains. We reveal that the two pulses in one cluster disappear either simultaneously or one by one during the decaying processes of double-pulse mode-locking states. In addition, the spectral evolution patterns of the special double-pulse states(i.e., bound states) are extremely distinct at different decline rates of the pump power.