近日，上海大學(xué)通信與信息工程學(xué)院郭海潤教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)外合作者，在Photonics Research（中科院一區(qū)）發(fā)表題為“Universal dynamics and deterministic motion control of de-coherently seeded temporal dissipative solitons via spectral filtering effect”的研究工作。

在現(xiàn)代科技發(fā)展進(jìn)程中，激光技術(shù)正在發(fā)揮愈發(fā)重要的作用。特別是持續(xù)時(shí)間短、重復(fù)頻率高的超短超快激光脈沖，在光通信、光傳感、激光測量等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價(jià)值。時(shí)域耗散孤子是產(chǎn)生此類脈沖式激光的主要工作機(jī)制，其本質(zhì)上是光學(xué)諧振腔中由于增益與損耗、非線性與色散之間達(dá)成了雙重平衡而產(chǎn)生的一種穩(wěn)定的光場形態(tài)，包涵豐富的動(dòng)力學(xué)特性，至今已在不同結(jié)構(gòu)、不同尺度、不同介質(zhì)的各類激光系統(tǒng)中獲得驗(yàn)證。探究時(shí)域耗散孤子的形成過程及其動(dòng)力學(xué)規(guī)律，亦成為超快激光領(lǐng)域的重要研究課題。

在此背景下，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)性地開展了超快激光系統(tǒng)中的耗散孤子調(diào)控機(jī)理研究。特別是在非相干激勵(lì)的系統(tǒng)中，泵浦光源并非直接轉(zhuǎn)換為脈沖式激光，因此難以直接調(diào)控耗散孤子的狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)對孤子狀態(tài)的主動(dòng)調(diào)控，團(tuán)隊(duì)提出在超快激光系統(tǒng)中引入光譜濾波效應(yīng)，通過設(shè)置可調(diào)諧的光譜濾波器，實(shí)現(xiàn)對腔內(nèi)光學(xué)增益的量化調(diào)控，進(jìn)而主動(dòng)改變耗散孤子的雙平衡條件，實(shí)現(xiàn)對孤子狀態(tài)的相干調(diào)控。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖以及可調(diào)諧光譜濾波器的透射譜圖

實(shí)驗(yàn)上，團(tuán)隊(duì)通過光譜濾波實(shí)現(xiàn)了全局范圍內(nèi)的增益調(diào)控，成功觀察到耗散孤子的形成及演變?nèi)^程。特別是在孤子形成后，通過可調(diào)諧濾波器，可以進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)多個(gè)孤子的相互作用，實(shí)現(xiàn)“孤子分子”的合成和解離。整個(gè)調(diào)控過程完全可逆，反映出系統(tǒng)內(nèi)光學(xué)增益對于孤子狀態(tài)的相干調(diào)控作用。

這項(xiàng)工作為超快激光系統(tǒng)的孤子動(dòng)力學(xué)觀測與調(diào)控研究提供了新的思路，相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)方案也有望轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)產(chǎn)品，助力超短超快激光應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。

全過程的時(shí)域耗散孤子形成與演變動(dòng)態(tài)

上海大學(xué)為此項(xiàng)工作的第一署名單位，團(tuán)隊(duì)研究生李子龍（目前正在英國倫敦瑪麗女王大學(xué)攻讀博士學(xué)位）為論文第一作者，論文合作單位及合作者還包括：中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院劉奐奐副研究員；英國倫敦瑪麗女王大學(xué)蘇磊教授；南方科技大學(xué)沈平教授。郭海潤與劉奐奐為論文的通訊作者。此項(xiàng)工作也獲得國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、教育部高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃（111計(jì)劃）等經(jīng)費(fèi)支持。

論文信息：

Zilong Li,Huanhuan Liu,Zimin Zha, Lei Su, Perry Ping Shum, and Hairun Guo, "Universal dynamics and deterministic motion control of decoherently seeded temporal dissipative solitons via spectral filtering effect," Photon. Res. 11, 2011-2019 (2023).

郭海潤 2014 年博士畢業(yè)于丹麥技術(shù)大學(xué)，光子學(xué)工程專業(yè)。 2015 年加入洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（ EPFL ），任博士后研究員。 2018 年底加入上海大學(xué)特種光纖與光接入網(wǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究方向主要為非線性集成光子學(xué)（芯片），光學(xué)頻率梳技術(shù)與應(yīng)用，以及超快光子學(xué)前沿現(xiàn)象。曾主持歐盟 H2020 瑪麗居里項(xiàng)目“芯片化中紅外光學(xué)頻率梳”，主要參與美國國防科研屬專項(xiàng)“紫外到中紅外的光學(xué)頻率梳技術(shù)”。 2017 年被評為上海市“東方學(xué)者”特聘教授。至今已發(fā)表論文 40 余篇，包括 Nature 子刊等多篇高水平論文，同時(shí)還兼任多類期刊的專業(yè)審稿人。目前，郭海潤在上海大學(xué)組建超快光頻梳課題組，主持國家自然基金面上項(xiàng)目，上海市“東方學(xué)者”專項(xiàng)，上海市科委啟明星計(jì)劃項(xiàng)目等。