近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率光纖激光技術實驗室在大負色散耗散孤子光纖激光器方向的研究中取得進展。通過一種九字形光纖激光器結合啁啾光纖光柵，獲得工作在大負色散區域耗散孤子脈沖，并通過數值仿真揭示大負色散耗散孤子的工作機制，相關研究成果發表在Optics Letters上。
耗散孤子光纖激光器已被證實是一種獲得高單脈沖能量、高峰值功率的超快激光脈沖的有效手段。目前，多數報道的耗散孤子光纖激光器工作在正色散區域。因此，是否能在大負色散區域獲得高性能的耗散孤子是一個值得研究的課題。
圖1.九字腔大負色散耗散孤子光纖激光器實驗裝置圖
研究人員實驗搭建一個九字形光纖激光器，該激光器是一種新型的非線性放大環形鏡鎖模光纖激光器，具有全保偏結構，腔內插入一個不可逆的移相器器以促進鎖模操作的自啟動。由于普通單模光纖在1 μm波段呈現正色散特性，所以該研究在九字腔的單臂結構中加入一個啁啾光纖光柵，使得腔內的總色散處于大負色散區域。通過調節泵浦功率，可獲得單脈沖能量為3.5 nJ，脈沖寬度為7.9 ps，重復頻率為26.4 MHz的耗散孤子輸出。與傳統正色散耗散孤子不同，該報道的大負色散耗散孤子的光譜呈現雙曲正割形狀，且半高全寬僅為0.17 nm。
圖2.大負色散耗散孤子光纖激光器輸出脈沖性能指標（a）光譜圖（b）脈沖序列（c）頻譜圖（d）自相關信號
研究團隊通過基于金茲堡-朗道方程和分步傅里葉法的數值模擬，表明大負色散耗散孤子形成機制中伴隨著三種不同的“呼吸”作用，分別為時域呼吸、頻域呼吸和啁啾呼吸。與正色散耗散孤子相比，啁啾呼吸是該報道的大負色散耗散孤子的特有機制。由于這種啁啾呼吸機制的存在，輸出的脈沖光譜寬度才能保持在較窄的0.17 nm。這種具有窄光譜特性、小于10 ps脈沖寬度的耗散孤子激光器兼具耐高低溫變化、易自啟動、小型化和成本低等特點，是后續超快脈沖固體放大的理想光纖種子源，可為微納加工、精密硬脆材料加工等應用方向提供解決方案。
研究工作獲得國家自然科學基金的支持。
論文鏈接：https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-45-20-5768
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