使用光纖激光器產(chǎn)生光孤子已為大家所熟知。光纖理論上應(yīng)該是各項(xiàng)同性的，但由于制造工藝的限制、使用中的隨機(jī)應(yīng)力產(chǎn)生等客觀條件，普通光纖一般都具有弱雙折射。標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的雙折射長(zhǎng)度在1550nm波長(zhǎng)大概為1到10米。如果在光纖激光器中使用偏振相關(guān)器件比如起偏器，生成的孤子一般來(lái)說(shuō)可以認(rèn)為是標(biāo)量孤子，即孤子偏振方向唯一。如果光纖激光器中沒(méi)有偏振相關(guān)器件，那么沿光纖的兩個(gè)偏振方向都是可以實(shí)現(xiàn)光孤子的，如果這兩個(gè)光孤子綁定在一起作為一個(gè)整體在光纖中傳播，我們就稱其為矢量孤子。其兩個(gè)分量的綁定可以通過(guò)中心波長(zhǎng)的偏移產(chǎn)生的互相位調(diào)制補(bǔ)償雙折射導(dǎo)致的群速度差異來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
標(biāo)量孤子實(shí)際上是矢量孤子的一種簡(jiǎn)化版本。矢量孤子的動(dòng)力學(xué)特性才是激光器特別是光纖激光器中脈沖演變的真實(shí)再現(xiàn)。因此在理論研究中必須采用耦合的方程組來(lái)描述脈沖在光纖激光器中的演變過(guò)程而不能使用簡(jiǎn)化的標(biāo)量模型。1997年，S.Cundiff等人首次在線性腔光纖激光器中實(shí)現(xiàn)矢量孤子（S.Cundiffetal.,Opt.Express1,12-21(1997)）。2008年，新加坡南洋理工大學(xué)D.Y.Tang教授的研究小組成功解決了環(huán)形腔光纖激光器中無(wú)法產(chǎn)生矢量孤子輸出的難題，首次在環(huán)形光纖激光器中實(shí)現(xiàn)矢量孤子（L.M.Zhaoetal.,Opt.Express,vol.16,no.13,pp.9528-9533,Jun.2008），并在隨后的系列研究中揭示了矢量孤子的許多有趣的性質(zhì)，比如:1）偏振旋轉(zhuǎn)鎖定效應(yīng)[L.M.Zhaoetal.,OpticsExpress,16,10053(2008)]。當(dāng)矢量孤子的偏振狀態(tài)不鎖定時(shí)，其偏振狀態(tài)將在腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，如果旋轉(zhuǎn)的周期接近腔長(zhǎng)時(shí)，該偏振狀態(tài)旋轉(zhuǎn)可以鎖定為腔長(zhǎng)的整數(shù)倍。2）獨(dú)特的孤子間相互作用。在矢量孤子群中存在一種新奇的相互作用模式：組成矢量孤子群的矢量孤子之間可以存在不間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)[L.M.Zhaoetal.,OpticsExpress,17,8103(2009)]。3）不同類型的矢量孤子可以在激光器中共存[L.M.Zhaoetal.,OpticsLetters,34,3059(2009)]。偏振鎖定矢量孤子和偏振旋轉(zhuǎn)矢量孤子是兩種不同的矢量孤子，但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)偏振鎖定矢量孤子和偏振旋轉(zhuǎn)矢量孤子可以同時(shí)存在于一個(gè)鎖模光纖激光器中。4)矢量孤子也可以在正常色散區(qū)形成[L.M.Zhaoetal.,OpticsLetters,35,1902(2010)]。
矢量孤子的產(chǎn)生是由于光纖的弱雙折射的存在，而光纖的弱雙折射是與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的，因此在其它波段也應(yīng)該可以觀測(cè)到矢量孤子在光纖激光器中的形成。江蘇師范大學(xué)的研究小組在工作波長(zhǎng)為1950nm附近的摻銩光纖激光器中觀測(cè)到了矢量孤子的生成，如圖一所示。通過(guò)控制腔內(nèi)的平均雙折射，可以調(diào)節(jié)矢量孤子兩個(gè)分量之間的波長(zhǎng)偏移。數(shù)值模擬很好的再現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖二所示。這一研究成果為在2um波段研究矢量孤子性質(zhì)奠定了基礎(chǔ)，有望擴(kuò)展人們對(duì)矢量孤子的認(rèn)識(shí)。
此項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、江蘇省科技廳、江蘇省教育廳（江蘇省優(yōu)勢(shì)學(xué)科和江蘇省高校協(xié)同創(chuàng)新中心）的資助支持，由江蘇省先進(jìn)激光材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙鷺明教授領(lǐng)銜的研究小組完成。目前，研究人員正在積極開(kāi)展后續(xù)研究，希望可以揭示矢量孤子在2um波段的特性。
圖一矢量孤子的光譜圖
圖二數(shù)值模擬得到的矢量孤子光譜圖
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