A Review of Cavity Design for Kerr Lens Mode-Locked Solid-State Lasers
我们提供了一个重要的审查克尔透镜锁模（KLM）的基本概念，以及在实现锁模振荡器的实验考虑的详细描述。此外，我们回顾了克服标准KLM激光器固有局限性和缺点的最新进展。我们的评论主要是针对读者谁希望实现/维护这样的振荡器或为那些谁希望更好地了解这个主要的实验工具。
2015-01-06 physics.optics
Back-scatter immune injection-locked Brillouin laser in silicon
作为自持振荡器，激光器具有不寻常的自发同步能力。这些非线性动力学是被称为注入锁定的简单而强大的稳定技术的基础，其中激光器的频率和相位可以由注入信号控制。由于其固有的简单性和良好的噪声特性，注入锁定已成为从精密原子光谱到分布式传感等应用中相干放大和高保真信号合成的主力。然而，在集成光子学中，这些注入锁定动力学仍然相对未开发-尽管具有重大的技术和科学影响潜力。在这里，我们首次展示了硅光子布里渊激光器的注入锁定。这种单片器件的注入锁定非常稳健，使我们能够通过布里渊增益带宽的很大一部分来调谐激光发射。利用这些动态特性，我们证明了小信号的放大超过23 dB。此外，我们证明了该系统的注入锁定动力学本质上是非互易的，在全硅系统中产生单向控制和反向散射免疫力。该器件物理学为硅光子学中的相位噪声降低、低噪声放大和反向散射免疫力的新策略打开了大门。
2020-01-14 physics.optics
Controlling the long-term dynamics of Brillouin Fiber Lasers using pump modulation: Bi-stable lasing and Hysteresis
布里渊光纤激光器的长期激光动力学最近被证明是由一个内在的热反馈，稳定在增益线的下半部分的激光频率。我们表明，这种反馈可以利用泵浦调制，大大控制这种动态。具体来说，我们实验证明了一个双稳态光纤激光器的激光模式之间的切换是可能的，通过控制腔长或泵浦功率。固有的滞后响应确保了激光器在每个模式下的长期稳定性。实验结果与基于主方程的理论模型吻合良好。
2018-05-15 physics.optics
Ultralow-noise frequency-agile photonic integrated lasers
低噪声激光器在各种应用中至关重要，包括高光谱效率相干通信协议、分布式光纤传感和长距离相干激光雷达。除了低相位噪声之外，频率捷变（即，实现激光频率的高带宽致动的能力）对于基于调频连续波（FMCW）的测距中的三角啁啾或计量中常规使用的任何光学锁相是必要的。虽然集成硅基激光器已经取得了重大进展，现在已在数据中心中以商业规模使用，但具有低于100 Hz水平固有线宽的集成激光器是基于来自光子电路的光学反馈，缺乏频率捷变性。在这里，我们展示了一种晶圆级制造兼容的混合光子集成激光器，该激光器具有25 Hz的超低固有线宽，同时提供无与伦比的兆赫驱动带宽，调谐范围大于1 GHz。我们的方法使用超低损耗（1 dB/m）Si $_3$ N $_4$光子微谐振器，结合氮化铝（AlN）或锆钛酸铅（PZT）微机电系统（MEMS）的应力光驱动。电驱动低相位噪声激光是通过磷化铟（InP）激光器芯片的自注入锁定实现的，并且仅受基频热折射噪声的限制。通过利用差分驱动和光子芯片的切趾，实现了高达10 MHz的平坦驱动响应。我们利用这种能力来展示一个紧凑的相干激光雷达引擎，可以产生高达800 kHz的FMCW三角光啁啾信号，既不需要任何主动线性化也不需要预失真补偿，并进行10米的光学测距实验，分辨率为12.5厘米。
2021-07-15 physics.app-ph physics.optics
Reversible Mode Switching in Y coupled Terahertz Lasers
电独立的太赫兹量子级联激光器（QCL）以Y配置光学耦合。双频，电子可切换的发射是在一个QCL使用非周期性光栅，使用计算机生成的全息图技术设计，直接纳入QCL波导通过聚焦离子束铣削。2.9 THz附近的多模发射被抑制，而是在2.88和2.92 THz的可切换光栅选择频率下发生激光发射。这种光子控制和切换行为经由倏逝模耦合被选择性地且可逆地转移到第二未修改的QCL，而不转移固有的光栅损耗。
2013-03-07 physics.optics
Intrinsically single-mode cavities: towards PT-symmetric surface-emitting lasers
我们探索一类新的分布反馈（DFB）结构，该结构采用光学中最近发展的宇称时间（PT）对称性概念。我们证明，基于PT对称的纯反射体光栅，垂直腔面发射激光器可以构建。我们提供了一个详细的分析的阈值条件，以及使用Kogelnik耦合波近似的波长和角光谱特性，支持亥姆霍兹方程的精确解。我们证明，这样的PT对称腔可以配置为支持一个且只有一个纵模，从而导致固有的单模激射。
2015-10-28 physics.optics
Intrinsic Amplitude-Noise Suppression in Fiber Lasers Mode-locked with Nonlinear Amplifying Loop Mirrors
本文研究了具有振幅噪声抑制机制的非线性放大环镜锁模光纤激光器的稳态特性。由于正弦传输函数与波动的腔内脉冲幅度的相互作用，我们表明，这种机制可能会导致在特定的前提下，在反射和透射输出端口的相对强度噪声的可检测的差异。我们提出了系统的强度噪声测量与非线性光纤为基础的系统，复制一个单一的往返在激光腔。实验结果和模拟清楚地表明，减少腔内振幅波动高达4分贝的某些稳定状态。
2020-11-10 physics.optics
Random laser action with coherent feedback via second-harmonic generation
实验研究了二次谐波产生的相干反馈随机激光作用。与传统的基于光致发光效应的随机激光作用相比，由于材料固有的能级结构，随机激光作用需要在激活介质中有很强的光响应，且响应波段固定，而这种随机倍频激光作用表明了环形腔对非线性信号的可能限制，并由于非线性过程中灵活的频率转换拓宽了响应波段。相干随机激光与非线性光学的结合将为我们提供另一种可能的突破相位匹配限制的途径，利用光纤或基于反馈的波前整形方法来定向传输发射信号。这一工作在随机激光器、无相位匹配非线性光学等方面具有潜在的应用前景，并为随机非线性光学（RNO）带来了新的思考。
2016-11-23 physics.optics
Overcoming noise-agility trade-off in integrated lasers for precision sensing
The University of Hong Kong（香港大学）；Liobate Technology Co., Ltd.（利宝特科技有限公司）；Sun Yat-sen University（中山大学）
本文提出了一种新型激光器架构，实现了超低相位噪声和超快速调谐能力，应用于高精度传感领域，展示了其在激光雷达和光纤声学传感中的应用潜力。
2026-05-17 physics.optics
Experimental demonstration of a dual-frequency laser free from anti-phase noise
实验证明，在没有任何光电反馈回路的双偏振双频固体激光器中，反相弛豫振荡频率处的强度噪声降低了20 dB以上。这种行为是通过将两个正交偏振的振荡模式与（100）切割的掺钕钇铝石榴石活性介质的晶轴对准而固有地获得的。反相噪声水平示出增加，只要一离开这个特殊的配置，证明了非线性耦合常数的主导作用。该实验演示为极低噪声双频固体激光器的设计和实现开辟了新的前景。
2012-08-12 physics.optics
Observation of the evolution dynamics from starting to shutting of SWNT-mode-locked fiber laser
色散傅里叶变换（TS-DFT）技术为研究超快非重复偶数提供了一条新的途径，它已被用于研究锁模激光器的建立过程。本文利用TS-DFT方法研究了普通孤子、展宽脉冲和耗散孤子从启动到关闭的整个演化过程。由于单壁碳纳米管的固有优势，在形成稳定的脉冲工作之前，总是可以观察到弛豫振荡。但由于脉冲特征的不同，它们在启动和关闭过程中表现出不同的演化动力学。观察到了一些临界现象，包括瞬态复谱展宽和皮秒脉冲与SP的频移相互作用。这些结果可以从实时的角度加深对锁模光纤激光器的理解，对激光器的设计和应用有一定的指导意义。
2018-08-30 physics.optics
Noise floor reduction of an Er:fiber laser-based photonic microwave generator
从光信号产生微波受到光电探测过程中固有的热和散粒噪声的影响。在光电二极管饱和限制可实现的信噪比的较低脉冲重复率下，该问题更加严重。在本文中，我们证明了一个10-15 dB的减少，在10 GHz的相位噪声地板的脉冲重复率的乘法。从250 MHz基本锁模铒（Er）：光纤激光器，我们比较了两种不同的方法，重复率倍增：法布里-珀罗腔滤波和级联，不平衡马赫-曾德尔光纤干涉仪。对于高于100 kHz的傅立叶频率，这些技术将10 GHz光电检测谐波上的相位噪声基底分别降低到-158 dBc/Hz和-162 dBc/Hz。
2011-09-10 physics.optics
Semiconductor ring laser frequency combs induced by phase turbulence
半导体环形激光器是一种小型化的器件，可按顺时针和逆时针模式工作。在没有腔内反射器的情况下，这些模式不耦合，这防止在腔中形成驻波，并因此防止形成粒子数反转光栅。这将抑制由空间烧孔驱动的多模发射的开始。在这里，我们表明，尽管有这个概念，环形量子级联激光器固有地工作在锁相多模状态，开关的泵浦水平逐渐增加。通过用复Ginzburg-Landau方程的形式重写具有快增益介质的激光器的主方程，我们表明环形频率梳源于相位不稳定性-一种在超导体和玻色-爱因斯坦凝聚体中也已知的现象。这种不稳定性是由于半导体激光器中光场的振幅和相位调制的耦合引起的，其起到克尔非线性的作用，突出了激光器和微谐振器频率梳之间的联系。
2019-09-17 physics.optics
Experimental realization of Energy modulation of high-order R-TEM laser modes in Radially polarized cylindrical vector beam
Central University of Rajasthan（中央拉贾斯坦大学）
本研究通过相位掩模实现高阶R-TEM激光模的能量调制，以获得近等强度的环结构，适用于微粒操控和光刻等应用。
2025-12-24 physics.optics
Rate equation analysis and non-Hermiticity in coupled semiconductor laser arrays
用耦合速率方程描述了光耦合半导体激光器阵列。耦合模式方程和载流子密度被包括在分析中，其中固有地包含载流子引起的非线性，包括空间烧孔和幅度相位耦合。我们求解稳态耦合速率方程，并考虑腔频率失谐和单个激光泵浦速率作为实验控制变量。我们发现，载流子引起的非线性在模式控制中起着至关重要的作用，我们确定腔频率失谐引起的增益对比度作为一种独特的模式控制机制。还讨论了腔体之间的光子介导的能量转移。研究了该系统的奇偶对称性和例外点。通过合理地结合腔失谐量和不等泵浦速率可以实现不破缺的奇偶时间对称性，而对称性破缺位于光锁定区的边界。例外点确定在破缺和未破缺的奇偶时间对称性之间的交叉点。
2018-02-02 physics.optics
A microrod-resonator Brillouin laser with 240 Hz absolute linewidth
我们展示了一个超低噪声的微棒谐振腔激光器上的受激布里渊散射光学非线性提供的增益振荡。已知微谐振器布里渊激光器提供出色的频率噪声基底，其受到基本热波动的限制。在这里，我们展示了实验证据，热效应也主导了接近载波的频率波动。实验中使用的直径为6 mm的微棒谐振腔具有约100 μm的大光模面积$^2$，因此其10 ms的热时间常数可以滤除近载频光频噪声。结果是240 Hz的绝对激光线宽，对应的白频率噪声基底为0.1 Hz $^2$ /Hz。我们解释了这种激光器的稳态性能的测量其操作状态和模式失谐和线形。我们的研究结果突出了一个机制，噪声是常见的许多微谐振器设备，由于腔内功率和模式频率之间的固有耦合。我们证明了通过稳定腔内功率的反馈回路来降低这种噪声的能力。
2015-09-29 physics.optics
Observation of Higher-Order Hybrid Bright-Dark Soliton Complexes in an NPR Mode-Locked Fiber Laser
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海得拉巴分校）
实验展示了基于非线性偏振旋转的掺铒光纤激光器中高阶混合孤子结构的层次，通过调节腔内偏振态和泵浦功率实现稳定锁模，揭示了交叉相位调制和双折射对孤子多样性的影响。
2026-06-23 physics.optics
Frequency-astigmatism asymmetric nonlinear conversion of structured light lasers
本研究突破结构光非线性光学仅关注轨道角动量与波长的局限，通过实验与理论揭示非线性频率转换与横模像散转换的非对易普适规律，为结构光调控提供新规则与扩展模式生成方法。
2023-05-02 physics.optics
Soft aperture spatial filtering: 1.5W in a single spatial mode from a highly multi-mode laser diode in an external cavity
宽面积激光二极管因其可以产生的高光功率而具有吸引力。不幸的是，这种高功率通常是以严重降低的空间相干性为代价的，因为半导体波导的宽区域固有地是空间多模的（在慢轴上）。我们展示了一种通过将大功率宽区域半导体激光器放置在模式选择性的外腔中来显著提高其空间相干性的方法。我们设计的腔，这样的二极管孔径作为自己的空间滤波器，避免了需要一个腔内狭缝滤波器，并最佳地利用整个增益介质。我们证明了这种软滤波方法使用宽二极管的$200 \rm{μm}$和$300 \rm{μm}$宽度，并比较其功率效率的标准方法的硬过滤与狭缝。我们获得高增益操作在一个纯单模，演示高达$1.5\rm{W}$ CW功率在$1064 \rm{nm}$与高光束质量。
2022-08-25 physics.optics
Fabrication and study of femtosecond laser micromachined few-mode elliptical core waveguides
Sri Sathya Sai Institute of Higher Learning（斯里·萨蒂亚·赛高等学习学院）
本文通过参数优化研究了飞秒激光微加工的椭圆芯波导，发现其传播特性与传统圆形芯波导不同，实现了低损耗的透明波导。
2026-03-24 physics.optics
Tracking exceptional points above laser threshold
最近对具有例外点（EP）的非厄米光学系统的研究揭示了与这些奇点相关的许多独特特性，包括单向不可见性、手征模式切换和激光自终止，仅举几个例子。绝大多数这些作品集中在无源系统或有源结构，其中EP被访问低于激光阈值，即当系统描述是固有的线性。在这项工作中，我们实验证明，EP奇点耦合半导体纳米激光器可以访问和跟踪以上的激光阈值，在那里他们成为一个非线性动力系统的分支点。与普遍认为不可避免的腔失谐将阻碍EP的形成相反，在这里，我们证明了这种相同的失谐对于补偿载波引起的频移是必要的，从而恢复激光制度中的非线性EP。此外，不同于线性非厄米系统，我们发现，光谱位置的EP激光阈值以上的总泵浦功率的函数而变化，因此可以连续跟踪。我们的工作是在更复杂的激光几何结构中实现激光EP的第一步，并通过非厄米对称性与耦合激光阵列中的非线性相互作用相结合来增强光子局域态密度。
2022-12-13 physics.optics
Intra-cavity gain shaping of mode-locked Ti:Sapphire laser oscillations
振荡器的增益特性强烈地影响其行为。当增益均匀时，不同模式以“赢者通吃”的方式竞争增益资源，而对于非均匀增益，如果模式利用不同的增益资源，则模式可以共存。我们展示了精确的控制模式的竞争在锁模钛：蓝宝石振荡器的增益特性的操纵和频谱整形，从而转向竞争所需的，否则无法访问，振荡。具体而言，通过向标准均匀增益振荡器添加少量的频谱成形的非均匀增益，我们选择性地增强期望的双色振荡，其固有地对模式竞争不稳定并且不能存在于纯均匀增益振荡器中。通过调节附加非均匀增益的参数，我们灵活地控制两种颜色的中心波长、相对强度和宽度。
2015-01-01 physics.optics
Magnetic on-off switching of a plasmonic laser
表面等离子体激元的纳米模体积已经使等离子体激元激光器和凝聚体具有超快操作。大多数等离子体激光器基于贵金属，使光学模式结构对外部场呈惰性。在这里，我们展示了主动磁场控制激光在Co/Pt多层纳米点的周期性阵列浸没在IR-140染料溶液。我们利用纳米粒子的磁性结合模式剪裁来控制激光作用。在圆极化激发下，角分辨光致发光测量揭示了纳米点磁化反转时激光作用和非激光发射之间的转变。我们的研究结果引入磁化作为外部控制等离子体纳米激光器的一种手段，与通过激励、增益介质或衬底的调制互补。此外，结果显示了如何在激光机制中观察到磁化对固有微弱的光的影响，激发了拓扑光子学的研究。
2021-08-30 physics.app-ph physics.optics
Operational regimes of lasers based on gain media with a large Raman scattering cross-section
我们报告的激光器的操作与增益介质具有较大的拉曼散射截面，这往往是固有的新型增益介质，如胶体和外延量子点和钙钛矿材料的不寻常的制度。这些介质的特征在于强的电子-声子耦合。用Fröhlich哈密顿量描述这种介质中的电子-声子耦合，我们分析了系统在激光阈值以上的操作。我们表明，低于临界值的Fröhlich常数，激光器只能在传统的制度：即，有相干腔光子，但没有相干声子。在临界值以上，出现新的泵送速率阈值。在此阈值以上，要么建立增益介质中的相干声子和腔中的光子的联合自振荡，要么建立混沌状态。我们还发现了一个范围内的值的Fröhlich常数，泵浦速率，和谐振器的本征频率，在其中一个以上的动态制度的系统是稳定的。在这种情况下，激光动力学由谐振腔场的初始值、激活介质的极化、粒子数反转和声子振幅决定。
2022-03-30 physics.optics
Squeezed lasing
我们引入了压缩激光器的概念，其中压缩腔模由于受激发射而产生宏观光子占据。在激光阈值以上，发射的光保持激光器固有的光谱纯度和具有压缩正交的光子模式的光子相关特性。我们的建议，这可以实现在光学设置，依赖于腔的参数驱动和耗散稳定的宽带压缩真空。由于压缩激光的压缩特性，它可以在许多方面得到超越标准激光的应用，如直接应用于超越标准量子极限的迈克尔逊干涉测量，或应用于原子计量学。
2021-04-23 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Ultrashort pulse generation from a graphene-coupled passively mode-locked terahertz laser
研究通过在双金属半导体2.30-3.55 THz线激光器腔体上图案化多层石墨烯可饱和吸收体，首次实现了一种自启动、小型化的4.0 ps超短脉冲被动锁模太赫兹激光器。
2022-09-21 physics.optics
Thermal decoherence and laser cooling of Kerr microresonator solitons
热噪声在微观系统和高精度测量中普遍存在。控制热噪声，特别是使用激光来应用耗散，在揭示气体的量子机制、寻找基础物理和实现实际应用方面对科学产生了重大影响。最近，微谐振器中的非线性光-物质相互作用开辟了新的微观器件类别。一个关键的例子是克尔微谐振器频率梳;所谓的孤子微梳不仅探索非线性科学，而且还实现了集成光子器件，如光学合成器，光学时钟和数据通信系统。在这里，我们探讨了热噪声如何导致孤子微梳的基本退相干。我们证明了类粒子孤子与硅基谐振腔处于热平衡状态。因此，孤子微梳的模式线宽被热展宽。我们的实验利用记录灵敏度载波包络偏移频率检测，以揭示这种制度的强热噪声相关性。此外，我们还发现，被动激光冷却的孤子减少热退相干到远低于环境温度的限制。我们利用微谐振腔光热强迫实现了激光冷却，并观察到频率梳光的有效冷却温度为84 K。我们的工作阐明了非线性光子学，微观物理波动和精密计量之间的内在联系，这些联系可以用于创新的设备和方法来操纵光。
2019-03-01 physics.optics
Parity-Time Synthetic Laser
宇称-时间（PT）对称性是量子场论中的一个基本概念。它为从量子力学、电子学到光学的非厄米哈密顿算符开辟了一个新的范式。在光学领域，光损耗是功率耗散的原因，因此通常会降低器件性能，例如激光束的衰减。然而，通过仔细地利用复介电常数中的光损耗，最近对PT对称性的探索彻底改变了我们对基础物理和有趣的光学现象的理解，例如对高速光调制器至关重要的例外点和相变。光子晶体合成物质中光增益和光损耗之间的相互作用提供了一个新的标准，积极利用损耗来有效地操纵增益及其相关的光学性质。不是简单地补偿传统激光器中的光学损耗，例如，理论上提出，明智地设计光学损耗和增益的精细调制可以导致从根本上拓宽激光物理的PT合成激光。在这里，我们报告PT合成激光器的第一个实验演示。通过仔细利用增益和损耗之间的相互作用，我们实现了在相同频率下的简并本征模，但具有复共轭增益和损耗系数。与具有多个模式的常规环形腔激光器相比，PT合成微环激光器表现出固有的单模激射：在这样的光子系统中固有地关联的非阈值PT断相将宽带光学增益挤压成单个激射模式，而不管增益光谱带宽。这种芯片级半导体平台为PT物理学的基础探索和用于光通信和计算的下一代光电子器件提供了独特的途径。
2014-10-19 physics.optics
Temporal complexity in emission from Anderson localized lasers
安德森局域化激光器利用由于结构无序而形成的谐振腔。这些腔的结构中的固有随机性实现了所有腔参数（诸如品质因数、模体积、模结构等）中的概率分布，这意味着在时间行为中产生的统计波动。在这里，我们提供了第一个，直接的实验测量的时间宽度分布的安德森局域化激光脉冲的内在和外在的无序耦合微谐振器阵列。我们首先说明签名指数衰减的激光模式，量化其本地化的字符的空间强度分布，然后测量的时间宽度分布的脉冲发射在几个配置。我们观察到一个迄今未报道的依赖性的时间宽度上的障碍强度，其中的宽度显示出一个单峰，左偏分布在外在的障碍和双峰分布在内在的障碍。我们提出了一个模型的基础上耦合速率方程的发射器和安德森腔的随机模式结构，这给出了很好的定量和定性的协议与实验观察。实验和理论分析突出了基于安德森局域化的激光系统的时间复杂性。
2018-02-20 physics.optics
A monolithic frequency comb platform based on interband cascade lasers and detectors
光学频率梳使全固态光谱仪成为可能，这将引发中红外传感技术小型化和片上集成的突破。带间级联激光器（ICL）由于其低功耗和零偏检测功能而成为实际应用的理想候选者。在这里，我们展示了自启动ICL频率梳的产生。我们表明，增益是足够快的响应腔内场的跳动，这阻碍了短脉冲的形成。相反，ICL在梳状状态下工作，其中基本模间差拍的相位在$2π$的范围内展开。这种状态似乎是一般的自启动梳的基础上固有的增益非线性和最小化的粒子数反转的振荡。使用相同的外延层材料，我们展示了在室温下高达几GHz带宽的高效检测器操作，从而为单片和电池驱动的双梳光谱提供了一个完整的和无与伦比的平台。
2018-12-10 physics.app-ph physics.optics
Response of a multi-wavelength laser to single-sideband optical injection
本文通过数值与实验研究片上双波长激光器在单边带光注入下的响应，揭示边带功率的不对称演化及其对注入强度和失谐的依赖关系。
2024-10-22 physics.app-ph physics.optics
Coherent chirped pulse laser network in Mickelson phase conjugating configuration
分析了大型光纤放大器阵列的非线性锁相机理。结果表明，双通道光纤放大器阵列的迈克尔逊相位共轭结构比单通道光纤阵列的马赫-曾德尔结构具有明显的优越性。无论同步光纤放大器的数量是多少，迈克尔逊相位共轭干涉仪都能很好地补偿相位活塞误差，并实现后向放大光纤光束在进/出分束器上的准直。在这两种配置中，由于增益饱和而导致的拉伸脉冲包络的非线性变换能够使包络内啁啾的位置随机化，从而可能降低输出分束器处的干涉图案的可见性。$sech$形式的时间包络由于在增益介质中的指数前兆和自相似传播而具有某些固有的优点。在深度增益饱和区，高斯包络被显著压缩，并且脉冲包络内的频率啁啾位置更加变形。
2014-03-01 nlin.PS physics.optics
