Self-starting stable coherent mode-locking in a two-section laser
相干锁模（CML）利用自诱导透明（SIT）形成孤子，与传统的基于吸收饱和的方案相比，其脉冲宽度低于增益线宽所允许的极限。尽管有很大的希望，但很难在实验上实现，因为需要复杂的设置。在所有以前的理论考虑CML被认为是非自启动。在这篇文章中，我们表明，如果腔长选择适当，一个非常稳定的（CML）制度可以实现在一个基本的两部分环形腔的几何形状，这个制度是自我发展的非激光状态。脉冲制度的稳定性是由于有限腔尺寸效应而产生的动态稳定机制的结果。
2015-12-25 physics.optics
Mode locking in an optomechanical cavity
实验研究了一种集成机械谐振镜和光放大器的光纤环形腔。该器件表现出多种有趣的非线性效应，包括同步和自激振荡。当光学环形腔的频率被调谐到非常接近悬挂镜的机械频率时，观察到被动产生的光脉冲。在这个机械锁模过程的阈值处的光功率被发现与光放大器的量子噪声有关。
2020-02-04 physics.optics quant-ph
Nonlinear $XY$ and $p$-clock models on sparse random graphs: mode-locking transition of localized waves
在二部稀疏随机图上研究了具有非线性相互作用的$XY$模型的统计力学性质。的模型属性进行比较的$p$时钟模型，其中的平面连续自旋离散成$p$值。我们测试的优良性的离散近似的XY自旋用于数值计算和模拟和它的收敛极限在给定的，$p$依赖，温度制度。该模型用于描述激光器中光模相位在临界激射阈值处的锁模跃迁。频率被分配给每个变量节点，并且功能节点实现频率匹配条件。非平凡的非磁化锁相发生在相变，其中相位的频率依赖性在很宽的频率范围内是线性的，如在标准锁模多模激光器中在光功率阈值。
2014-11-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.optics
Nonlinear Effects in CW Mode-Locked Solid-State Lasers with Semiconductor Saturable Absorbers
研究了半导体可饱和吸收体的非线性特性对超短脉冲产生的影响。结果表明，线宽增强、二次和线性交流斯塔克效应对连续固体激光器的锁模起着重要作用，它们能提高脉冲稳定性，缩短脉冲宽度，降低锁模阈值
2000-09-21 physics.optics
Dynamics of a broad-band Quantum Cascade Laser. From chaos to coherent dynamics and mode-locking
在基于有效半导体Maxwell-Bloch方程的模型中研究了多模量子级联激光器的动力学，包括辐射-介质相互作用的关键特征，如非对称性、频率依赖性、增益和折射率以及由亨利因子提供的相位-振幅耦合。通过考虑自由光谱范围和亨利因子的作用，我们开发了适合于识别允许不稳定的条件的标准，接近阈值，由激光器发射的行波，并导致混沌或规则的多模动力学。在后一种情况下，我们的模拟表明，场振荡与沿激光腔，桥接锁模和孤波传播的自约束结构。此外，我们展示了如何RF调制的偏置电流导致主动锁模产生高对比度，皮秒脉冲。我们的结果与最近的宽带THz准分子激光器实验结果进行了比较，有助于理解中红外和THz波段超短脉冲产生和梳状操作的条件
2017-10-20 physics.optics
Compact Stabilized Semiconductor Laser for Frequency Metrology
报道了一种基于自注入锁定高品质因数回音壁模式微谐振腔的795 nm频率可调半导体激光器。该激光器的特征在于在100 Hz至10 MHz的偏移频率范围内具有低于-80 dB的剩余幅度调制和优于300 Hz/Hz^（1/2）的频率噪声。激光器的调频（FM）速度和跨度分别超过1 MHz和4 GHz。实验证明了激光器对~（87）Rb D_1线的无多普勒饱和吸收共振的锁定，在1秒到1天的积分时间内，频率稳定度低于10^（-12）。在这项研究中所展示的架构是适合于实现在任何波长的频率可调激光器。
2014-11-18 physics.optics
Photonic ferromagnetic-like spontaneous mode-locking phase transition with replica symmetry breaking in multimode Nd:YAG laser
最近关于光子实验中的复本对称性破缺（RSB）现象的报道[1-5]促进了对多模激光器中无序作用的理解，并有助于解决与复杂系统的统计物理学的启发性联系[6-13]。当相同准备的系统副本达到不同的状态时，RSB就会出现，从而产生不同的可观测量[14]。在这里，我们证明了在一个传统的多模Nd：YAG激光器在一个封闭的腔中的自发锁模制度的RSB。其基本机制与非相干振荡模式的无腔随机激光器中的RSB玻璃纤维相位完全不同。在这里，一个特定的非均匀分布的增益发生在每个脉冲，和挫折感，因为一个给定的子集的纵向模式的相干振荡占主导地位，同时抑制其他的诱导。然而，当引入高损耗时，仅观察到复制对称的放大的刺激发射。因此，我们建议RSB跃迁可以用作标准多模激光器中阈值的标识符，正如最近提出并证明的随机激光器[1，2]。
2016-11-18 physics.optics
Nd-Doped Polarization Maintaining All-Fiber Laser With Dissipative Soliton Resonance Mode-Locking at 905 nm
将光纤激光器发射移动到低于一微米的区域可以提供对现有固体激光器的更便宜、更紧凑和鲁棒的替代方案。在此，我们首次报道了全光纤保偏结构的钕锁模光纤激光器，其输出波长为905 nm。利用非线性放大环镜（NALM）腔结构实现了自启动脉冲的产生。为了抑制对应于4能级激光方案的1064 nm处的主导发射，我们在NALM环中使用有源光纤-920/1064分复用器-有源光纤的类级联序列。矩形耗散孤子的能量为nJ，谱宽为30 μ m，谱宽为80 - 430 ps，与泵浦功率成线性关系。与数值模拟的良好协议，使我们能够恢复脉冲的形状和宽度的自相关窗口的脉冲。
2023-01-13 physics.optics
Pairwise mode-locking in dynamically-coupled parametric oscillators
激光器中的锁模是一种集体效应，其中由于弱耦合，大量频率模式锁定其相位以一致地振荡，从而形成时间上的超短脉冲。我们证明了一个类似的集体效应耦合参量振荡器，我们称之为“成对锁模”，其中许多对模式的双频率（对称的中心载波）同时振荡锁定相位和，而个别模式的相位保持不确定。因此，尽管是宽带和多模的，但发射不是脉冲的，并且缺乏一阶相干性，同时具有非常高的二阶相干性。我们的配置是由两个耦合的参数振荡器在相同的多模腔，其中的振荡器之间的耦合调制在时间上的腔模式的重复率，与一些类似的激光器中的主动锁模。我们展示了成对锁模在射频（RF）实验，覆盖了一个倍频程的带宽与约20个谐振锁模对，填充DC和泵浦频率之间的大部分可用带宽。我们伴随着我们的实验与分析模型，占阈值附近的耦合参量振荡器的属性。
2021-02-04 physics.optics quant-ph
Photon-driven broadband emission and RF injection locking of THz quantum cascade laser frequency combs
我们提出了均匀的量子级联激光器（QCL）发射约3太赫兹，显示带宽高达950 GHz的一个稳定的节拍。器件在谐波梳状状态下自发工作，并且当处于密集模式状态时，它们可以注入锁定在腔往返频率处，具有低至-55 dBm的非常小的RF功率。当在负微分电阻的电不稳定区域中操作时，该器件显示超过1.83 THz（$Δf/f=50\%$）的超宽带操作，具有高相位噪声，表现出自持的周期性电压振荡。低CW阈值（115 A $\cdot$ cm $^{-2}$）和宽带梳状操作（$Δf/f=25\%$）使这些源极适合片上频率梳应用。
2019-12-02 physics.app-ph physics.optics
On phase noise of self-injection locked semiconductor lasers
本文讨论了我们最近在利用自注入锁定高Q回音壁模谐振腔的一个模来改善半导体激光器相位噪声方面的进展。分析了工作在690 nm、1060 nm、1550 nm和2000 nm的半导体分布反馈（DFB）和法布里-珀罗（FP）激光器的锁定效率。通信DFB激光器实现了300 Hz以下的瞬时线宽。证明了激光器的可调谐性。制造可商购获得的封装的“即插即用”装置。
2014-03-25 physics.optics
Watt-level widely tunable single-mode emission by injection-locking of a multimode Fabry-Perot quantum cascade laser
自由运行的法布里-珀罗激光器通常在单模状态下工作，直到泵浦电流增加到超过单模不稳定性阈值，超过该阈值，它们演变成多模状态。由于这种不稳定性，这些激光器的单模操作通常被限制在其输出功率范围的百分之几，这是光谱应用中不希望的限制。为了扩大单模操作的跨度，我们使用由外腔单模激光源产生的光学注入种子来迫使法布里-佩罗量子级联激光器在高电流范围内进入单模状态，否则它将在高电流范围内进入单模状态。在多模状态下操作。利用这种方法，我们实现了单模发射在室温下与$36 \, \mathrm{cm}^-1$的调谐范围和稳定的连续波输出功率超过1 W。远场测量结果表明，一个单一的横模发射到最高的光功率，表明种子法布里-珀罗激光器的光束特性保持不变相比，自由运行的操作。
2018-02-19 physics.optics
Strong-coupling-assisted formation of coherent radiation below the lasing threshold
创建在相干阈值以上操作的纳米级激光器是一个具有挑战性的问题。我们提出了一种方法来规避这个问题，使用系统，其中实现了强耦合制度之间的光和活性介质。在强耦合区，腔中的电磁场与原子之间发生能量振荡。通过对泵浦施加适当的时间调制，可以控制这些能量振荡，使得激光系统中的相干性出现在激光阈值以下。我们表明，在这种方法中，辐射线宽是两个数量级小于传统的激光器的线宽相同的光子数。此外，在系统达到正的粒子数反转之前，输出辐射的二阶相干函数由二阶相干函数降为一阶相干函数。我们的研究结果为创建可以在激光阈值以下工作的纳米级相干辐射源铺平了道路。
2020-12-09 physics.optics
Observation of spontaneous self-channelling of light in air below the collapse threshold
我们报告的120 fs，0.56毫焦耳的红外辐射在空气中的距离大于一米的自导传播的观察。与已知的双折射情况相反，在本实验中，激光功率低于塌陷阈值。因此，排除了克尔自聚焦和电离致散焦之间的平衡作为稳定机制。相反，我们发现的过程中，横向光束分布重塑成一种类似的汤斯孤子的形式的证据。我们包括数字支持这一结论。
2004-09-21 physics.optics
Unified model for breathing solitons in fibre lasers: Mechanisms across below- and above-threshold regimes
State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, and Hainan Institute, East China Normal University（精密光谱科学与技术国家重点实验室、海南研究院，华东师范大学）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（极端光学协同创新中心，山西大学）；Chongqing Key Laboratory of Precision Optics, Chongqing Institute of East China Normal University（精密光学重庆市重点实验室，华东理工大学重庆研究院）；Université Bourgogne Europe, CNRS, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB)（勃艮第欧洲大学，法国国家科学研究中心，勃艮第卡诺跨学科实验室）；VPIphotonics GmbH（VPI光子学有限公司）；Aston Institute of Photonic Technologies, Aston University（阿斯顿光子技术研究所，阿斯顿大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud (INFN-LNS)（意大利国家核物理研究所，南实验室）
本文提出了一种统一模型，用于研究光纤激光中呼吸型孤子的机制，揭示了低于阈值和高于阈值区域的动力学差异及形成机制。
2026-03-06 physics.optics
Statistical physical theory of mode-locking laser generation with a frequency comb
本文在统计力学框架内研究了封闭腔中锁模激光脉冲的形成，其中激光的产生与由泵浦光功率驱动的热力学相变相一致。电磁模式表示的经典自由度的哈密顿模型平衡在一个有效的合奏对应于固定的激光制度。通过优化的蒙特卡罗数值模拟，分析了不同模式互作用稀释度、增益分布和模式数下的系统特性。给出了由此产生的锁模激光相位的新特性，这些特性是以前的平均场方法无法观察到的。对于强稀释的非线性相互作用网络，功率凝聚发生的整个光强度是由几个电磁模式，其数量不依赖于系统的大小。对于所有报告的情况下，激光阈值，强度谱，和超快电磁脉冲计算。
2015-04-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.optics
A stabilized chip-scale Kerr frequency comb via a high-Q reference photonic microresonator
我们通过将泵浦激光器锁定到一个独立的稳定的高Q值参考微谐振器和将梳齿间距锁定到一个外部微波振荡器来稳定芯片级Si3N4锁相克尔频率梳。在这种梳状结构中，泵浦激光位移对梳状结构间距变化的影响可以忽略不计。该方案是走向小型化的稳定克尔梳状系统的微谐振器参考可以潜在地集成在芯片上。稳定梳的光学谐波的分数不稳定性受到用于梳间隔锁定的微波振荡器的限制，低于1s的平均时间，并且与泵浦激光器的长期漂移相一致。
2016-07-20 physics.optics
Investigation on the self-starting Mamyshev oscillator with low threshold
本文介绍了一种基于单模光纤结构的锁模Mamyshev振荡器。研究了光谱滤波器和抽运功率对激光输出特性的影响。当光谱滤波器中心波长远离增益谱峰值时，在高泵浦功率下，激光脉冲的演化与增益整形的演化有一定的偏离。此外，在泵浦功率为520 mW时，实现了自启动锁模，这可能得益于合适的偏振条件和较小的光谱滤波器间距。该激光器可以产生1.89 nJ的超短脉冲，20 dB谱宽为54.6 nm。脉冲宽度可外压缩到64.69 fs，峰值功率为21.3 kW。
2022-03-22 physics.optics
The Complex Spherical 2+4 Spin Glass: a Model for Nonlinear Optics in Random Media
本文提出了多模激光器在开放和不规则腔中的无序平均场模型，并在复型分析中进行了讨论。该模型包括模式强度的动态，并且还考虑了模式之间可能存在的线性耦合，例如，从一个开放的空腔泄漏。完整的相图，在无序强度，源泵浦和非线性，包括四个不同的光学制度：非相干荧光，标准锁模，随机激光和新颖的自发锁相。在随机激光阈值处预测了一个复本对称性破缺相变。对于足够高的非线性强度，具有非零复杂性的整个区域预期转变，并且无序介质中的光模式显示典型的不连续玻璃态行为，即，光子玻璃具有对应于随机激光器中的不同锁模过程的多个亚稳态。对于非常开放的腔体，激光机制仍然存在，尽管在激光阈值处过渡变得连续。
2015-05-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.optics
Integrated diode lasers for the generation of sub-GHz repetition rate frequency combs
本文提出一种InP/Si₃N₄混合集成扩展腔二极管激光器，利用微环反馈实现亚GHz被动与混合锁模，并通过RF注入显著压窄重复频率线宽、获得宽锁定范围。
2024-05-30 physics.app-ph physics.optics
Phase diagram and complexity of mode-locked lasers: from order to disorder
我们研究了从标准光学腔到多重散射介质的激光器中的锁模过程，这些激光器具有不同程度的结构随机性。利用自旋玻璃理论的方法，分析了平均场的哈密顿量，并根据抽运率和无序度导出了相图。发现了三个阶段：i）顺磁的，对应于有噪声的连续波发射，ii）铁磁的，其描述了标准的被动锁模，以及iii）自旋玻璃，其中电磁场的相位以指数数量的配置冻结。锁模阈值的方式是由无序的量的影响进行量化。这些结果也适用于其他具有随机哈密顿量的物理系统，如玻色-爱因斯坦凝聚体和非线性光束。
2008-06-17 cond-mat.dis-nn physics.optics
VUV frequency combs from below-threshold harmonics
最近在非常高的重复频率（~100 MHz）的高次谐波产生（HHG）的演示可能允许频率梳到真空紫外（VUV）的革命性转移。这一进展需要将光学频率梳技术与强场原子物理学结合起来。虽然HHG的强场研究通常集中在阈值以上谐波产生（电离势以上的光子能量），对于VUV频率梳，理解阈值以下谐波阶数及其产生过程至关重要。在这里，我们提出了一个新的和定量研究的谐波7-13产生的电离阈值以下和附近的氙气。我们展示了这些谐波的多个产生途径，表现为谐波产量的轴上干扰。这一发现提供了一个新的理解强场，低于阈值的原子势的影响下的动力学，并允许我们定量评估通过低于阈值谐波产生的真空紫外频率梳的可实现的相干性。我们发现，在合理的实验条件下，时间相干性保持。作为证据，我们提出了第一个明确的真空紫外频率梳结构以外的第三谐波。
2009-08-06 physics.atom-ph physics.optics
Generation of sub-20-fs pulses from a graphene mode-locked laser
我们证明，据我们所知，最短的脉冲直接产生的日期从固体激光器，模式锁定与石墨烯可饱和吸收体（GSA）。在实验中，低阈值二极管泵浦的Cr ~（3+）：LiSAF激光器被用于850 nm附近。在由两个泵浦二极管提供的275 mW的泵浦功率下，Cr 3+：LiSAF激光器产生了接近变换极限的19 fs脉冲，平均输出功率为8.5 mW。重复频率约为107 MHz，对应的脉冲能量和峰值功率分别为79 pJ和4.2 kW。一旦用GSA启动锁模，就可以获得稳定的、不间断的飞秒脉冲产生。此外，该激光器的飞秒激光输出可在836 nm ~ 897 nm范围内调谐，脉冲宽度在80-190 fs范围内。我们进一步在激光器的整个腔稳定性范围内进行了详细的锁模启动测试，以验证脉冲产生确实是由GSA而不是克尔透镜锁模启动的。
2019-01-15 physics.app-ph physics.optics
Loss compensation by spasers in metamaterials
我们表明，精确的损耗补偿可以实现在有源超材料包含spasers泵浦在很宽的范围内的泵浦值低于和高于spasing阈值。我们表明，低于和高于spasing阈值的spaser操作之间的差异消失，当spaser是由一个外部场同步。当抽运阈值失去意义时，一个新的抽运阈值--损失补偿阈值就产生了。低于该阈值（小于Spasing阈值），在任何外场频率下都不可能进行补偿。
2013-02-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear power dependence of the spectral properties of an optical parametric oscillator below threshold in the quantum regime
腔辅助参量下转换（PDC）产生的光子对和预示的单光子在量子通信和技术中起着重要的作用。这激发了对参量光的光谱和时间特性的深入研究，无论是在光学参量振荡器（OPO）阈值之上，半经典方法是合理的，还是在它之下，线性腔近似是适用的。追求更高的双光子发射率导致了一个有趣的中间状态，其中OPO仍然在远低于阈值的情况下工作，但非线性腔现象不能再被忽略。在这里，我们调查这个中间制度，并表明，光子对的光谱和时间特性，以及它们的发射率，可能显着不同于广泛接受的线性模型。观察到的现象包括频率牵引和时间相关的下转换光场的加宽。这些因素需要考虑时，设计实际应用的高速率腔辅助的SPDC源。
2020-03-02 physics.optics quant-ph
Coherence time of a cold-atom laser below threshold
实验研究了增益介质为磁光囚禁原子气体的阈值以下拉曼激光的相干时间。二阶光学相干性表现出光子聚束，其相关时间通过控制增益而变化两个数量级。结果是在一个简单的分析模型，这表明该效果是由增益，而不是分散，在这个系统中，在很好的协议。腔衰荡测量表明，光子寿命，相关的一阶相干时间，也增加了。
2020-08-28 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Phase structure of below-threshold harmonics in aligned molecules: a few-level model system
University of Rostock（罗斯托克大学）
本研究利用少能级模型系统分析取向分子阈值以下谐波的相位与偏振特性，发现二能级系统中阈值上下谐波相位行为存在差异，并构建四能级模型验证了高低次谐波的不同偏振规律，为相关实验提供理论预测。
2025-10-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Two-electron ionization in strong laser fields below intensity threshold: signatures of attosecond timing in correlated spectra
建立了强红外激光场中关联双电子电离的解析模型。该模型包括所有相关的电子之间的相互作用，激光场，和离子核非微扰。我们专注于深量子制度，在那里的能量由激光场驱动的活性电子是不足以碰撞的母离子，和援助的激光场需要创建一个双电荷离子。在这种情况下，电子-电子和电子-离子相互作用在相关的双电子光谱中留下不同的足迹，记录了逃逸电子的相互动力学。
2009-02-14 physics.atom-ph physics.optics
Quantum Dynamics of Kerr Optical Frequency Combs below and above Threshold: Spontaneous Four-Wave-Mixing, Entanglement and Squeezed States of Light
本文利用量子朗之万方程对克尔光学频率梳在阈值以下和阈值以上泵浦时的非经典行为进行了理论分析。在系统处于阈值以下的配置中，泵浦场是谐振器内的唯一振荡模式，并且触发自发四波混频现象，其中来自泵浦的两个光子在傅立叶域中对称地上转换和下转换。这种现象只能从完全量子的角度来理解和分析，作为中心（泵浦）模式的场与各种边模的真空波动之间耦合的结果。我们分析计算的自发发射噪声的功率谱，我们表明，这些频谱可以是单峰或双峰取决于系统的参数。我们还计算了每侧模的总自发噪声功率，并提出了一些特殊情况下的简化的解析表达式。在系统泵浦阈值以上的配置中，我们研究了量子相关和多模压缩态的光，可以发生在克尔频率梳源于受激四波混频的现象。我们发现，对于所有的静态时空图案，侧模是对称的，相对于频域中的泵浦模式显示量子相关性，可以导致压缩态的光。我们还明确地确定了导致光子纠缠的相位求积，并解析地计算了它们的量子噪声谱。最后，我们讨论了克尔梳的相关性的量子信息系统在光通信波长，低于和高于阈值。
2015-11-03 physics.optics quant-ph
Recollision of excited electron in below-threshold nonsequential double ionization
在强红外激光场中，双电离作为最重要的隧穿后过程，是导致非顺序双电离过程的主要原因，但迄今为止，它的作用仅限于第一个电离电子与剩余单价离子之间的相互作用。通过引入库仑修正的量子轨道方法，我们确定了第二电离电子和二价离子之间的相互作用在低于阈值的非顺序双电离过程中的关键作用，这使我们能够很好地再现实验观察到的相关双电子动量分布中的十字形和反相关模式，以及这两种模式之间的过渡。第一电子的第一或第三返回滑翔轨迹激发的第二电子的滑翔轨迹被再捕获过程相对增强，分别产生十字形或反相关分布。随着脉冲宽度的增加，第三回波的贡献增加，从而导致了这种跃迁。我们的工作为原子电离动力学提供了新的认识，为强激光场中原子和分子的超快动力学成像开辟了新的途径。
2021-06-11 physics.atom-ph physics.optics
