近日，上海大學通信與信息工程學院郭海潤教授團隊聯(lián)合國內外合作者，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)展進程中，激光技術正在發(fā)揮愈發(fā)重要的作用。特別是持續(xù)時間短、重復頻率高的超短超快激光脈沖，在光通信、光傳感、激光測量等領域有著巨大的應用價值。時域耗散孤子是產(chǎn)生此類脈沖式激光的主要工作機制，其本質上是光學諧振腔中由于增益與損耗、非線性與色散之間達成了雙重平衡而產(chǎn)生的一種穩(wěn)定的光場形態(tài)，包涵豐富的動力學特性，至今已在不同結構、不同尺度、不同介質的各類激光系統(tǒng)中獲得驗證。探究時域耗散孤子的形成過程及其動力學規(guī)律，亦成為超快激光領域的重要研究課題。

在此背景下，團隊系統(tǒng)性地開展了超快激光系統(tǒng)中的耗散孤子調控機理研究。特別是在非相干激勵的系統(tǒng)中，泵浦光源并非直接轉換為脈沖式激光，因此難以直接調控耗散孤子的狀態(tài)。為了實現(xiàn)對孤子狀態(tài)的主動調控，團隊提出在超快激光系統(tǒng)中引入光譜濾波效應，通過設置可調諧的光譜濾波器，實現(xiàn)對腔內光學增益的量化調控，進而主動改變耗散孤子的雙平衡條件，實現(xiàn)對孤子狀態(tài)的相干調控。

實驗系統(tǒng)圖以及可調諧光譜濾波器的透射譜圖

實驗上，團隊通過光譜濾波實現(xiàn)了全局范圍內的增益調控，成功觀察到耗散孤子的形成及演變全過程。特別是在孤子形成后，通過可調諧濾波器，可以進一步驅動多個孤子的相互作用，實現(xiàn)“孤子分子”的合成和解離。整個調控過程完全可逆，反映出系統(tǒng)內光學增益對于孤子狀態(tài)的相干調控作用。

這項工作為超快激光系統(tǒng)的孤子動力學觀測與調控研究提供了新的思路，相關實驗技術方案也有望轉化為標準化的技術產(chǎn)品，助力超短超快激光應用領域的發(fā)展。

全過程的時域耗散孤子形成與演變動態(tài)

上海大學為此項工作的第一署名單位，團隊研究生李子龍（目前正在英國倫敦瑪麗女王大學攻讀博士學位）為論文第一作者，論文合作單位及合作者還包括：中國科學院深圳先進技術研究院劉奐奐副研究員；英國倫敦瑪麗女王大學蘇磊教授；南方科技大學沈平教授。郭海潤與劉奐奐為論文的通訊作者。此項工作也獲得國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、教育部高等學校學科創(chuàng)新引智計劃（111計劃）等經(jīng)費支持。

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)于丹麥技術大學，光子學工程專業(yè)。 2015 年加入洛桑聯(lián)邦理工學院（ EPFL ），任博士后研究員。 2018 年底加入上海大學特種光纖與光接入網(wǎng)重點實驗室，研究方向主要為非線性集成光子學（芯片），光學頻率梳技術與應用，以及超快光子學前沿現(xiàn)象。曾主持歐盟 H2020 瑪麗居里項目“芯片化中紅外光學頻率梳”，主要參與美國國防科研屬專項“紫外到中紅外的光學頻率梳技術”。 2017 年被評為上海市“東方學者”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，同時還兼任多類期刊的專業(yè)審稿人。目前，郭海潤在上海大學組建超快光頻梳課題組，主持國家自然基金面上項目，上海市“東方學者”專項，上海市科委啟明星計劃項目等。