江蘇師範大學的研究人員通過數值模擬的方法首次揭示了光纖激光器中初始條件對暗孤子脈衝(chong) 形成的影響，研究結果表明，與(yu) 暗孤子在光纖中無閾值形成的特性不同，在光纖激光器中暗孤子的生成是受初始條件約束的。不是所有的初始凹陷都可以演變為(wei) 暗孤子，更為(wei) 神奇的是初始輸入的亮脈衝(chong) 也有可能演化為(wei) 暗孤子輸出。該研究成果近日發表在《應用光學》（AppliedOptics.2015,54(1),71-77）上。

　　孤子是指在介質中傳(chuan) 播時可以保持形狀不變的一種特殊的波包。脈衝(chong) 在光纖激光器中形成時，雖然在激光器內(nei) 脈衝(chong) 的性能參數發生周期性變化，但在激光器腔內(nei) 的固定位置，在穩態時脈衝(chong) 的性能參數不變，在這個(ge) 意義(yi) 上我們(men) 將光纖激光器中形成的超短脈衝(chong) 也稱之為(wei) “孤子”。脈衝(chong) 強度高於(yu) 背景的一般稱為(wei) “亮脈衝(chong) ”；脈衝(chong) 強度低於(yu) 背景的一般稱為(wei) “暗脈衝(chong) ”。對應於(yu) 激光器的兩(liang) 種基本工作形態：亮脈衝(chong) 和暗脈衝(chong) ，在光纖激光器中可以產(chan) 生亮孤子和暗孤子。由於(yu) 孤子的傳(chuan) 播不變特性和孤子寬度的極窄化（一般孤子寬度可以小於(yu) 皮秒），孤子通訊一直被認為(wei) 是下一代通訊係統的首選對象。而暗孤子與(yu) 亮孤子相比，暗孤子對噪音和光纖傳(chuan) 輸損耗比較不敏感，因此是光通訊的未來之星。隨著對通訊帶寬及速率需求的迅猛增長，目前的波分複用技術已經達到一個(ge) 瓶頸，因此，越來越多的研究者重新對孤子通訊產(chan) 生興(xing) 趣，這也加速了對暗孤子光纖激光器的研究。

　　2009年，新加坡南洋理工大學的研究小組首次在光纖激光器中實現暗脈衝(chong) 輸出(H.Zhangetal.,Phys.Rev.A,80,045803(2009))，2010年美國國家標準技術研究所的StevenT.Cundiff研究組在量子點激光器中觀測到穩定的暗脈衝(chong) 輸出，並預言暗脈衝(chong) 激光的出現將對光通信領域有著重要的影響(M.M.Fengetal.,Opt.Express18,13385-13395(2010))。

　　江蘇師範大學的研究小組以摻鉺光纖激光器為(wei) 研究對象，通過數值模擬研究了不同初始脈衝(chong) 在相同的操作條件下的腔內(nei) 演變過程。研究結果表明暗孤子是可以在光纖激光器中產(chan) 生的，但對初始脈衝(chong) 的參數有要求。暗孤子在光纖中可以由任意的初始凹陷演變而成，即暗孤子在光纖中的傳(chuan) 播形成是沒有閾值效應的。與(yu) 此形成對比的是：在光纖激光器中，不是任何一個(ge) 初始凹陷都可以轉變為(wei) 暗孤子輸出。在光纖激光器中要想形成暗孤子輸出，除了光纖激光器的運行條件要滿足一定要求，對初始脈衝(chong) 的參數也有一定要求：在脈衝(chong) 演變過程中產(chan) 生相位突變，並且該相位突變可以保持並逐步演變為(wei) π，在這種情況下才可以產(chan) 生穩定的暗孤子輸出，如圖一所示。隻要初始脈衝(chong) 在腔內(nei) 的演變過程可以滿足上述條件即可得到暗孤子輸出，即使初始脈衝(chong) 是亮脈衝(chong) 也可以最終形成穩定的暗孤子輸出，圖二給出了具有不同脈衝(chong) 形狀的亮脈衝(chong) 最終都形成了暗孤子輸出。對暗孤子形成過程的數值模擬為(wei) 暗孤子激光器的實驗設計，以及為(wei) 下一步實現穩定的參數可控的暗孤子輸出提供了可靠的理論指導。

　　此項研究得到了國家自然科學基金委、江蘇省科技廳、江蘇省教育廳（江蘇省優(you) 勢學科和江蘇省高校協同創新中心）的資助支持，由江蘇省先進激光材料與(yu) 器件重點實驗室趙鷺明教授領銜的研究小組完成。目前，研究人員正在積極開展後續研究，並期望早日實現首台穩定可控的暗孤子光纖激光器。