使用時間拉伸技術揭示鎖模激光中孤子產生過程

近日《中國激光》雜志社旗下《Advanced Optics》發布2019年被引用數量10篇論文。
此次為大家介紹一篇光學孤子方面入選的論文《Revealing the behavior of soliton buildup in a mode-locked laser》

對于非線性系統，瞬態現象和瞬態動力學是一個非常重要的特征。比如在鎖模光纖激光器中，雖然對于產生穩定的孤子序列已經有比較深入的了解，但是對于蕞初的孤子自激產生的研究，一直較為欠缺。主要原因是缺少對于瞬態過程的探測手段。近年來，隨著時間拉伸技術的發展（Time-Stretch Dispersive Fourier Transform, TS-DFT），使觀察單次瞬態現象成為可能。

過去20多年里，對于被動鎖模的建立機制，有許許多多的理論和實驗上的探索。在出現時間拉升技術之前，瞬態現象只能通過示波器來觀察，但是示波器無法解析出瞬態的建立過程。進來隨著時間拉伸技術的出現，瞬態光譜和時域動態都可以被觀察到了。

使用時間拉伸技術觀察被動鎖模光纖激光器中孤子的產生，需要抑制環境擾動，例如腔內偏振變化，還有泵浦功率浮動。這些會讓激光產生額外的不穩定態，例如調Q激發。為了揭示真正的孤子建立過程，必須盡可能地抑制環境擾動。然而目前無法*抑制擾動。因此在文章中將會圍繞孤子分子展開討論，而不是孤子本身。

在實驗中，使用了多種方法抑制環境擾動，比如碳納米管偏振強度飽和吸收體（Carbon NanoTube Saturable Absorber, CNT-SA）、偏振控制器、波分復用器、tap耦合器、隔離器等，并因此得以觀察到兩種鎖模激光中的孤子產生過程。
實驗光路結構如下：

實驗分析就不在此贅述，詳細分析請參考原文。以下為測量結果：
鎖模激光中孤子建立過程的實時記錄

帶有節拍穩定動態（beating dyamics）的孤子形成過程

具有瞬態關聯態的孤子建立過程

關聯態的雙孤子相互作用

近，實驗中使用的測量光路，已經有了集成化的綜合測量設備 COMET系列時間拉伸光譜儀            
COMET系列主要特點：
- 實時單發測量（沒有掃描），高采集率，蕞高可達10億幀每秒
- 可以測量構成單發脈沖的連續光譜信息
- 光譜測量寬度可達650nm
- 高頻率分辨率 >10pm
- 高時域分辨率 >15fs
- 高靈敏度 μW等級
- 支持光纖出入

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