近日，上海大学通信与信息工程学院郭海润教授团队联合国内外合作者，在国际光学领域著名期刊《Photonics Research》（中科院一区）发表题为“Universal dynamics and deterministic motion control of de-coherently seeded temporal dissipative solitons via spectral filtering effect”的研究工作。
在现代科技发展进程中，激光技术正在发挥愈发重要的作用。特别是持续时间短、重复频率高的超短超快激光脉冲，在光通信、光传感、激光测量等领域有着巨大的应用价值。时域耗散孤子是产生此类脉冲式激光的主要工作机制，其本质上是光学谐振腔中由于增益与损耗、非线性与色散之间达成了双重平衡而产生的一种稳定的光场形态，包涵丰富的动力学特性，至今已在不同结构、不同尺度、不同介质的各类激光系统中获得验证。探究时域耗散孤子的形成过程及其动力学规律，亦成为超快激光领域的重要研究课题。
在此背景下，团队系统性地开展了超快激光系统中的耗散孤子调控机理研究。特别是在非相干激励的系统中，泵浦光源并非直接转换为脉冲式激光，因此难以直接调控耗散孤子的状态。为了实现对孤子状态的主动调控，团队提出在超快激光系统中引入光谱滤波效应，通过设置可调谐的光谱滤波器，实现对腔内光学增益的量化调控，进而主动改变耗散孤子的双平衡条件，实现对孤子状态的相干调控。
图1：实验系统图以及可调谐光谱滤波器的透射谱图
实验上，团队通过光谱滤波实现了全局范围内的增益调控，成功观察到耗散孤子的形成及演变全过程。特别是在孤子形成后，通过可调谐滤波器，可以进一步驱动多个孤子的相互作用，实现“孤子分子”的合成和解离。整个调控过程完全可逆，反映出系统内光学增益对于孤子状态的相干调控作用。
这项工作为超快激光系统的孤子动力学观测与调控研究提供了新的思路，相关实验技术方案也有望转化为标准化的技术产品，助力超短超快激光应用领域的发展。
图2：全过程的时域耗散孤子形成与演变动态
上海大学为此项工作的第一署名单位，团队研究生李子龙（目前正在英国伦敦玛丽女王大学攻读博士学位）为论文第一作者，论文合作单位及合作者还包括：中国科学院深圳先进技术研究院刘奂奂副研究员；英国伦敦玛丽女王大学苏磊教授；南方科技大学沈平教授。郭海润与刘奂奂为论文的通讯作者。此项工作也获得国家自然科学基金、广东省自然科学基金、教育部高等学校学科创新引智计划（111计划）等经费支持。
论文信息：
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).
https://doi.org/10.1364/PRJ.500126
