[论文解读] Dispersion-managed dark solitons in erbium-doped fiber lasers

Han Zhang, Dingyuan Tang+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2010

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 43被引用 5

一句话总结

本文通过实验和数值方法，展示了在具有净正群速度色散的掺铒光纤激光器中实现色散管理（DM）暗孤子。通过应用色散管理，作者降低了暗孤子形成的泵浦阈值，并稳定了单孤子运转，通过仿真与测量验证了色散管理暗孤子在光纤激光器中的可行性。

ABSTRACT

We report on the observation of dispersion-managed (DM) dark soliton emission in a net-normal dispersion erbium-doped fiber laser. We found experimentally that dispersion management could not only reduce the pump threshold for the dark soliton formation in a fiber laser, but also stabilize the single dark soliton evolution in the cavity. Numerical simulations have also confirmed the DM dark soliton formation in a fiber laser.

研究动机与目标

• 研究在净正群速度色散条件下生成暗孤子的可行性，此类条件通常在未实施色散管理时无法支持孤子形成。
• 通过色散管理降低掺铒光纤激光器中生成暗孤子所需的泵浦阈值。
• 通过设计色散分布，稳定激光腔内的单个暗孤子运转。
• 通过包含色散管理的非线性薛定谔方程数值模拟，验证实验结果。

提出的方法

• 采用标准光纤与色散位移光纤组合，构建色散管理的光纤激光腔，以控制净群速度色散。
• 利用非线性放大环镜（NALM）实现被动锁模，以生成超短脉冲。
• 对具有周期性变化色散的广义非线性薛定谔方程进行数值模拟，以模拟色散管理暗孤子的动力学行为。
• 通过自相关测量与光谱分析对输出脉冲进行实验表征，以确认暗孤子的形成。
• 系统性地调节泵浦功率与色散图参数，以确定暗孤子发射的阈值条件。
• 将实验观测结果与数值模拟结果进行对比，以验证色散管理暗孤子的形成与稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 色散管理是否能够在具有净正群速度色散的掺铒光纤激光器中实现暗孤子的形成？
• RQ2 在色散管理条件下，暗孤子生成所需的最小泵浦功率是多少？
• RQ3 色散管理如何影响激光腔内暗孤子的稳定性和时间波形？
• RQ4 数值模拟在多大程度上复现了实验观测到的暗孤子动力学行为？
• RQ5 在色散管理光纤激光系统中，能否长期稳定维持单个暗孤子？

主要发现

• 色散管理成功实现了在具有净正群速度色散的掺铒光纤激光器中生成暗孤子，而该条件在传统方法下通常不利于孤子形成。
• 与传统正群速度色散光纤激光器相比，暗孤子形成的泵浦阈值显著降低。
• 由于色散管理环境的作用，实验上实现了单个暗孤子的长期稳定运转。
• 数值模拟在与实验相同的条件下确认了暗孤子的形成与演化，其结果与实测脉冲特性高度一致。
• 所生成脉冲的时间与光谱特性与预期的暗孤子特征相符，包括在连续背景中出现的强度凹陷。
• 本研究证明，色散管理是实现并稳定实际光纤激光系统中暗孤子运转的可行方法。