基于自参量放大的三态耗散孤子激光器

一般飞秒脉冲在光纤中传输以后由于自相位调制其光谱会展宽。自参量放大是一类反常的非线性现象，该现象是指带负啁啾的超短脉冲在正常色散光纤中传输后其光谱宽度会变窄。这一反常非线性现象对设计高光谱亮度的飞秒光纤激光器具有重要意义，然而这一现象和激光器的边界条件相违背。如何在激光器中激发这一非线性现象是一个难点。

实验室曾和平教授团队通过理论和实验首次发现通过同时管理激光器的啁啾和色散，激光器内的耗散孤子可以调节自身参数激发自参量放大现象。特别地，该飞秒激光器可周期性输出三种光谱完全不同的耗散孤子。第一种孤子光谱有两个峰源于自相位调制，但是该孤子在激光器内循环一圈后由于自参量放大，之前的两个峰会慢慢靠近变成一个峰（第二种孤子）。第二种孤子继续传输后光谱宽度不变但是强度会由于增益而变强（第三种孤子）。第三种孤子由于强度变强在腔内继续循环后自相位调制会导致光谱分裂成两个峰即又会变成第一种孤子，激光器内的孤子就这样不断地切换下去。

该激光器有广泛的应用前景。过强的自相位调制对飞秒激光器来说是有害的，传统的减弱自相位调制的方法依赖于大模场直径的光纤，这带来了其它问题比如降低了激光器的集成度和脉冲质量，增加了成本等。我们的研究成果表明可以利用自参量放大来减弱自相位调制的影响。的确，实验清晰地展示了自相位调制引起的光谱分裂可以通过自参量放大整形成无分裂高质量的单峰光谱。此外，该激光器的动力学行为和Fermi–Pasta–Ulam悖论以及脉动孤子相似，有助于理解这两类复杂的非线性现象。该工作发表于Physical Review Applied 11, 044068 (2019)。

图a. 激光器光路；图b. 无自参量放大时激光器输出同一种孤子；图c. 当自参量放大增益（SPA: self-parametric amplification）被激发后，激光器输出三种孤子。