超快光纖激光器利用光纖為傳導介質，具有結構緊湊、穩定性好、光束模式優良、峰值功率高以及與其他光纖系統兼容等優點，在高速光通信、生物醫學、材料處理和精密物理測量等領域有廣泛應用。

“鎖定激光諧振腔中縱模的相位是產生超短脈沖的典型方法，脈沖持續時間可以達到萬億分之一秒量級。”西北工業大學物理科學與技術學院教授毛東介紹。

多波長同步鎖模光纖激光器結構及原理（圖源：西工大物理學院）

“然而，對于傳統多波長鎖模光纖激光器而言，由于群速度色散的影響，脈沖傳輸速度與工作波長相關，導致不同波長的鎖模脈沖在腔內獨立演化并周期性碰撞。做個簡單類比，多個運動員在環形跑道上比賽時，因各自具有不同的運動速度，經過多次循環，其到達終點所需時間不同，因而無法實現同步運轉。”毛東說。

因此，如何在非零色散光纖諧振腔中產生多波長同步鎖模孤子，是超快激光領域的難點之一。

毛東、趙建林教授研究團隊與芬蘭阿爾托大學教授孫志培合作，在多波長同步鎖模孤子激光方面取得重要進展，相關研究結果近日發表于《自然—通訊》。

相關成果發表在國際頂級學術期刊《Nature Communications》上（圖源：西工大物理學院）

據論文第一作者毛東介紹，他們聯合研究團隊通過在負色散光纖諧振腔中引入光譜濾波和群延遲補償，成功實現了2至5個波長的同步鎖模激光孤子脈沖輸出，所得孤子包絡中子脈沖的重復頻率達到1.26太赫茲。

“形象地說，我們在激光器中構建了不同的賽道，對傳輸速度大的脈沖引入較大的延遲，使之和傳輸速度小的脈沖在腔內總傳播時間接近。當不同波長脈沖之間群延遲差被補償到零附近時，可飽和吸收效應使腔內脈沖自動同步，激光系統中損耗達到最低并形成穩定的運轉。”毛東解釋道。

研究人員進一步基于光譜實時探測技術，詳細研究了多波長同步鎖模脈沖的形成及演化行為，發現多個鎖模狀態幾乎是同時建立起來的。

超快光學領域相關專家認為，該研究提出了一種直接產生多波長超高重頻脈沖的新方法。從應用的角度而言，這種激光器為差頻產生太赫茲波及非線性拉曼光譜測量提供了所需的特種脈沖光源。

作者：張行勇

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