西安光机所在中红外光纤超快激光领域取得新进展

近日，中科院西安光机所光子功能材料与器件研究室郭海涛研究员团队在中红外光纤激光脉动孤子动力学研究方面取得重要进展，相关成果发表于SCI一区TOP期刊Chaos, Solitons and Fractals，论文第一作者为西安光机所博士生董雨荷，通讯作者为西安光机所肖旭升副研究员和郭海涛研究员。第一完成单位和通讯单位为西安光机所。

中红外超快光纤激光器凭借其高转换效率、结构紧凑、模式质量优异及宽带发射谱等优势，在光谱学、医疗手术和材料加工等领域具有广阔应用前景。然而，其性能优化仍面临非线性效应、色散调控及复杂脉冲动力学等挑战。在高泵浦强度下，非线性效应诱发的双周期脉动孤子，具有长周期与短周期的复合特性，是非线性动力学研究的典型范例，对激光技术在信息编码、光存储和光通信等领域的应用具有重要意义。

图1. 单脉冲状态下的激光性能表现。时域(a)和频域(b)演化随往返圈数变化；谐振腔内脉冲时域(c)和频域(d)的演化图；谐振腔内脉冲峰值功率（蓝）与脉冲能量（红）的变化；收敛后脉冲的时域波形(f-1)、对应的线性光谱(f-2)和对数光谱(f-3)；非线性偏振旋转透射曲线（蓝），以及瞬时功率与透射率的乘积随瞬时功率变化的曲线（红）(g)。

研究团队基于复金兹堡-朗道方程，系统探究了中红外超快光纤激光器中双周期脉动孤子的动力学特性。通过调控2.8μm掺铒氟化物锁模光纤激光器的泵浦功率，团队实现了从稳态单脉冲到脉动孤子、束缚态孤子，直至三孤子分子与四孤子分子的转变。团队观测到多组短周期（13、9、4、11、7、10、3）与长周期（425、86、105、216、648、823、90）并存的双周期脉动孤子，其动力学表现为短周期与长周期脉动的混合模式。研究发现，在泵浦功率增加时，脉动孤子的短周期保持恒定，而长周期逐渐增加。

图2. 双周期脉动孤子特性。时域脉冲(a)、光谱(b)、脉冲能量(c)、峰值功率(d)随往返圈数的变化；在RTs = 1000～1060时，能量(e)和峰值功率(f)随往返圈数的变化；RTs = 300～2000时，能量-峰值功率演化轨迹(g)；在两个连续的13个往返周期内的轨迹对比图(h)。

该研究首次揭示了中红外光纤激光器中双周期脉动孤子的动力学机制，不仅深化了对反常色散激光器系统中脉冲非线性行为的理解，还为优化中红外超快激光脉冲提供了新思路，有望应用于分子光谱学与精密材料加工领域。

研究受到国家自然科学基金重大项目课题、中国科学院青年创新促进会项目资助。

郭海涛团队在中红外玻璃光纤、光纤器件及激光器整机领域取得系列创新成果，在光学与材料学国际权威期刊发表论文100余篇，获授权国家发明专利14项，出版英文专著1部，并荣获中国科学院创新交叉团队等荣誉。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960077925007829