Breather soliton dynamics in microresonators
在微谐振器中产生的时间腔孤子可以产生低噪声的光学频率梳，这在光谱学、天文学、导航和通信等领域有着重要的应用。呼吸孤子也形成了许多不同类别的非线性波系统的一个重要组成部分，具有局部的时间结构，表现出振荡行为。到目前为止，呼吸孤子在微谐振器的动力学仍然在很大程度上未被探索，其实验表征是具有挑战性的。在这里，我们展示了两个不同的微谐振器平台的基础上氮化硅和硅上的呼吸孤子的激发。我们研究了呼吸频率对泵浦失谐量的依赖关系，并观察到从周期-1到周期-2振荡的过渡，与数值模拟结果吻合得很好。我们的研究提出了实验证实的稳定性图的耗散腔孤子预测的Lugiato-Lefever方程和理解的基本动力学性质的孤子在更大范围内的非线性科学是非常重要的。
2016-09-06 physics.optics
Dispersive wave emission from dark solitons in microresonator-based Kerr frequency combs
利用一个扩展的Lugiato-Lefever方程的三阶色散，我们数值计算表明，形成在正常色散的微谐振器的暗腔孤子能够发射色散波在正常和异常的色散区域，类似于常见的明亮的腔孤子的行为。产生的色散波可以准确地预测耗散辐射理论。此外，我们证明了在正常色散区的情况下，色散波是由存在三阶色散的暗孤子发射的克尔频率梳的稳定性增强。
2015-11-10 physics.optics
Kerr-microresonator solitons from a chirped background
我们证明了保护单孤子的形成和克尔微谐振腔中使用相位调制泵浦激光器的操作。相位调制引起空间变化的有效损耗和失谐参数，这反过来又导致多孤子简并被解除和单个孤子是唯一可观察到的行为的操作制度。观察到的特征孤子阶跃的反转表明了单孤子的直接激发。相位调制还可以精确控制孤子脉冲训练的特性，测量的动力学与模拟结果非常吻合。我们表明，该技术可以扩展到高重复频率克尔孤子通过次谐波相位调制。这些结果有助于直接产生和控制的克尔孤子微梳集成光子系统。
2018-07-09 physics.optics
Dissipative Kerr solitons in optical microresonators
本章描述了在连续波（CW）激光驱动的光学微谐振腔中时间耗散克尔孤子的发现和稳定产生。讨论了这类亮孤子的实验特征及其时间和光谱特性。此外，分析和数值描述，不仅再现定性特征，但也可以用来准确地建模和预测实验系统的特性。特别强调的是与光学频率梳产生相关的时间耗散克尔孤立子，因为它们特别重要。这里，一个例子是由孤子的超短脉冲性质实现的光谱展宽和自参考。另一个例子是在集成芯片上微谐振器中的耗散克尔孤子形成，其中色散波的发射允许直接产生具有平滑频谱包络的前所未有的宽带和相干孤子频谱。
2015-08-20 physics.optics
Vibrational Kerr solitons in an optomechanical microresonator
基于克尔非线性效应的微谐振腔孤子微梳是一种重要的小型化相干光源。在这里，第一次，我们证明了克尔孤子的存在，在光机械微谐振器，其中的非线性模型建立了一个单一的机械模式和多个光学模式。有趣的是，发现了一个奇异的振动克尔孤子态，它是由一个自维持的机械振荡调制。此外，孤子通过光学弹簧效应提供额外的机械增益，并在红失谐泵浦下产生声子激光。还观察到各种非线性动力学，包括极限环，更高的周期性，和瞬态混沌。这一工作不仅为探索多体非线性相互作用提供了指导，而且通过发挥频率梳和光力学的优势，提高了测量精度。
2021-09-29 physics.optics
Observation of Fermi-Pasta-Ulam Recurrence Induced by Breather Solitons in an Optical Microresonator
我们提出，实验和数值模拟，观察费米-Pasta-Ulam复发诱导呼吸孤子在高Q SiN微谐振器。在微谐振腔中，当泵浦相位失谐量较小时，增加泵浦功率可以激发呼吸孤子。观察到的相位功率演变的梳状线组的光谱的中心周围相比，在光谱翼线组。功率谱的演化相对于谱中心是不对称的。基于广义Lugiato-Lefever方程的数值模拟与实验结果吻合良好，揭示了受激拉曼散射在功率谱演化对称破缺中的作用。我们的研究结果表明，光学微谐振器可以作为一个强大的平台，探索孤子动力学。
2016-10-17 physics.optics
Counter-propagating solitons in microresonators
在许多物理系统中，当非线性补偿波的色散时，就会产生孤子。它们最近在微谐振器中的形成为非线性光学物理开辟了一个新的研究方向，并为光谱和频率计量系统的小型化提供了一个平台。这些微谐振器孤子围绕一个封闭的波导路径的轨道，并产生一个重复的输出脉冲流的速率设置的往返时间。在这项工作中，逆传播的孤子，同时在相反的方向（顺时针/逆时针）的轨道进行了研究。尽管共享相同的空间模式族，但它们的往返时间可以精确且独立地控制。此外，其中不同孤子流的相对光学相位和相对重复率都被锁定的状态是可能的。这种状态允许单个谐振器产生具有不同重复率的双孤子频率梳状流，但具有在光谱学和激光测距系统中有用的高相对相干性。
2017-05-02 physics.optics
Near octave-spanning perfect soliton crystals in AlN microresonators
完美孤子晶体（PSC）是最近发现的一种特殊的克尔孤子态，它具有规则分布的孤子脉冲和增强的梳状线功率，其间隔为腔自由光谱范围（FSR）的倍数。光微谐振器中连续波激励的调制和可调谐的重复频率特性将显著增强和扩展孤子微梳在自参考梳状光源、太赫兹波产生和任意波形产生等方面的应用潜力。然而，所报告的PSC谱通常较窄。在这里，我们展示了确定性访问的多功能完美孤子晶体的AlN微谐振器（FSR ~374 GHz），具有宽光谱范围高达0.96的倍频程跨度（1170-2300 nm）和太赫兹重复率（高达~1.87太赫兹）。测量的60 fs短脉冲和低噪声特性证实了PSC的高相干性
2021-02-20 physics.optics
Dissipative Kerr Solitons in a III-V Microresonator
我们在III-V族平台（AlGaAs on SiO $_2$）上通过低温冷却到4~ 20 K的温度来淬灭热折射效应，实现了稳定的微谐振腔克尔孤子频率梳。这种冷却降低了谐振器的热折射系数，其室温值比其他微梳平台如Si $_3$ N $_4$，SiO $_2$和AlN大一个数量级，超过两个数量级，并使孤子状态可接近。实现这种相位稳定的孤子操作对于充分利用该平台所表现出的超高有效非线性和高光学品质因数的应用至关重要。
2020-05-09 physics.optics
Cavity Soliton Laser based on mutually coupled semiconductor microresonators
我们报道了在两个相互耦合的宽区域半导体谐振器中局域结构的实验观察. hal.archives-ouvertes.fr/images/calendar.gif这些结构与暗的均匀背景共存，并且它们具有与腔孤子相同的性质，而不需要存在进入系统的驱动光束。它们可以通过本地寻址光束单独打开和关闭。
2008-06-25 physics.optics
Raman induced soliton self-frequency shift in microresonator Kerr frequency combs
在连续波激光驱动的微谐振腔中，时间耗散孤子的形成使得相干、宽带和光谱平滑的光学频率梳以及具有紧凑形状因子的飞秒脉冲的产生成为可能。在这里，我们报告的第一次观察到的拉曼诱导孤子的微谐振器孤子的自频移。拉曼效应在基于非晶SiN微谐振器的单孤子态中通过双曲正割形状的光谱表现出来，但是其中心从连续波泵浦激光器光谱红移（即偏移）。拉曼诱导的光谱红移是可调谐的，通过泵浦激光失谐和线性增长的峰值功率。理论上描述的位移的材料的拉曼响应的一阶冲击项，我们推断的非晶SiN的拉曼冲击时间为20 fs。此外，我们观察到，拉曼诱导的频移可以导致抵消或过度补偿的孤子反冲所造成的（相干）色散波的形成。观测结果与基于Lugiato-Lefever方程（LLE）和Raman激波项的数值模拟结果非常吻合。我们的研究结果有助于理解克尔频率梳的孤子制度，使大大提高建模的准确性，并有关的基本定时抖动的微谐振器孤子。
2015-06-29 physics.optics
Bringing short-lived dissipative Kerr soliton states in microresonators into a steady state
最近在光学微谐振器中产生了耗散克尔孤子，使微波重复率下的超短光脉冲成为可能，构成了相干和数值可预测的克尔频率梳。然而，时间孤子的播种和激发与腔内功率的变化相关联，这可能导致在激发过程期间的大的热共振位移，并使最常用的谐振器平台中的孤子状态短暂。在这里，我们描述了一种“功率踢”的方法来克服这种不稳定性，通过调制泵浦激光的功率。快速调制触发孤子形成，而功率的缓慢调节补偿激发激光扫描期间的热效应。使用这种方法，最初也非常短的寿命（100 ns）的孤子状态，遇到的SiN集成的光子微谐振器，可以被带入一个稳定的状态相比，早期报道的技术，依赖于调整的激光扫描速度只。一旦孤立子状态处于稳定状态，它可以持续数小时，并且是热自锁的。
2016-07-25 physics.optics
Inter-mode breather solitons in optical microresonators
在光学微谐振器中观测时间耗散克尔孤子，在应用方面提供了紧凑的相干光学频率梳源，这些相干频率梳已应用于相干通信、双梳光谱学和计量学。在基本的水平上，它使孤子物理的研究在驱动非线性腔。微谐振器通常是多模的，因此，模间相互作用固有地发生在模族之间-一种被称为“避免的模交叉”的条件。避免的模式交叉可以引起孤子衰减，但也可以修改孤子光谱，导致例如色散波的形成并引起光谱反冲。然而，到目前为止，从模间相互作用所产生的时间孤子动力学很少被研究，但理解孤子稳定性的制度是至关重要的。在这里，我们报告的一个模式间呼吸孤子的发现。这样的呼吸动力学发生在激光失谐范围内，传统的固定耗散孤子的预期。我们在实验上证明了两个微谐振器平台（结晶氟化镁和光子芯片为基础的氮化硅微谐振器）的现象，并从理论上描述了一对耦合的Lugiato-Lefever方程的基础上的动力学。实验证明，呼吸与孤子和另一个光学模式族之间的周期性能量交换有关。我们进一步表明，模式间的相互作用可以模拟的响应函数作用于耗散孤子。在传统的稳定孤子制度的呼吸动力学的观察是至关重要的应用，从低噪声微波产生，频率合成光谱。在基本的水平上，我们的结果提供了新的理解丰富的耗散孤子在多模非线性腔的动力学。
2017-05-14 physics.optics
All Optical Stabilization of a Soliton Frequency Comb in a Crystalline Microresonator
基于微谐振器的光学频率梳（MFC）在扩展光学频率梳的能力方面已展示出前景。在这里，我们证明了所有的光学稳定的低噪声时间孤子基于MFC在晶体谐振器通过一种新的技术来控制重复率。这是通过用耦合到辅助光学谐振器模式的附加探测激光器热加热微谐振器来实现的。通过将泵浦激光频率稳定到参考光学频率梳来控制偏移频率。我们通过执行环路外比较来分析稳定性，并测量重叠的Allan偏差。这种全光学稳定技术可以证明是有用的，作为一个低附加噪声驱动器的自参考微谐振器频率梳。
2015-08-06 physics.optics
Raman-induced dynamics of ultrafast microresonator solitons
本文针对微谐振腔中拉曼诱导孤子自频移限制微梳性能的问题，提出了适用于超短孤子情形的互补理论，并通过数值模拟与 Si₃N₄ 微谐振腔实验验证了该理论可降低频移对脉宽的依赖并扩大孤子存在范围，为高效宽带孤子微梳设计提供指导。
2025-11-06 physics.optics
Frequency stabilization and tuning of breathing soliton in SiN microresonators
耗散克尔孤子具有宽带相干、低噪声的频率梳和稳定的时间脉冲训练，在光谱学、通信和计量学等领域有着重要的应用前景。呼吸孤子是一种特殊的耗散克尔孤子，脉冲宽度和峰值强度都呈现周期性振荡。然而，呼吸孤子的噪声和稳定性仍然是未被探索的，这将是未来应用的主要障碍。在这里，我们已经研究了呼吸耗散克尔孤子在氮化硅（SiN）微环，而呼吸周期显示在MHz左右的不确定性在模拟和实验。通过应用调制泵，呼吸频率可以注入锁定到调制，并在数十MHz上调谐，频率噪声得到显著抑制。我们的实验结果为微谐振器中孤子动力学的控制提供了一种可供选择的方法，为呼吸孤子的实际应用开辟了一条新的途径。
2020-04-02 physics.optics
Programmable access to microresonator solitons with modulational sideband heating
本研究提出基于相位调制泵浦的蓝失谐边带与载波协同热稳定方法，解决集成微谐振器光热效应阻碍孤子生成的问题，实现19.97 GHz确定性孤子生成及近100%成功率、最短10秒的可编程N孤子态自动寻址，推动多领域应用。
2023-09-07 physics.optics
Microresonator Soliton Frequency Combs in the Zero-Dispersion Regime
本文研究了零群速度色散区域下连续波激光驱动的孤子产生动力学，首次观察到由五阶色散主导的多峰结构零色散孤子分子，数值模拟与实验结果吻合，可应用于超快光学、电信和光谱学。
2022-09-15 physics.optics
Higher order mode suppression in high-Q anomalous dispersion SiN microresonators for temporal dissipative Kerr soliton formation
高Q氮化硅（SiN）微谐振器使光克尔频率梳产生的光子芯片上，最近已被证明支持完全相干梳的基础上的时间耗散克尔孤子的形成。为了形成亮孤子，需要在多模区操作SiN波导，以产生反常的群速度色散。由于不同模族之间的耦合避免了交叉，这可能导致色散的局部扰动，从而阻止孤子的形成。在这里，我们证明了高Q谐振器内部的单模“滤波”部分能够有效地抑制避免的交叉，同时保持高品质因数（Q~ 10 ^6）。我们通过在具有滤波段的SiN谐振腔中形成单孤子来演示这种方法。
2015-11-17 physics.optics
Kerr Microresonator Soliton Frequency Combs at Cryogenic Temperatures
本文报道了氮化硅非线性微谐振器和频率梳产生的低温测量结果。由此产生的两个数量级的热折射系数相对于室温的减少，使直接访问到单个明亮的克尔孤子状态，通过绝热频率调谐的泵浦激光器，同时保持在热平衡。实验结果与理论模型相吻合，表明在60 K以下的温度下，微谐振器器件中容易产生单孤子。我们进一步证明了低温主要影响热折射系数。其他对孤子产生至关重要的参数，如品质因数、色散和有效非线性度，都没有改变。最后，我们讨论了潜在的改善热折射噪声从低温操作。这项研究的结果开辟了新的方向，在推进芯片级频率梳光学时钟和计量在低温温度。
2019-09-27 physics.optics
Soliton dynamics in microresonators with XPM induced negative thermo-optic effect
在过去的十年里，微谐振器中产生的光学频率梳引起了人们的极大关注，因为它为芯片级光学频率合成、光学时钟和精密光学光谱学提供了有前途的潜力。然而，获得时间耗散克尔孤子（DKS）是已知的严重阻碍热效应。此外，由于孤子存在范围相对于孤子数的简并性，确定性地获取单个孤子态是另一个挑战。在这里，我们证明了稳定和确定性的单孤子产生在AlN蓝宝石平台通过辅助激光泵浦方案，而不需要快速控制的泵浦功率和失谐。此外，我们还揭示了双泵浦微梳中孤子开关的基本物理机制，该机制完全由Lugiato-Lefever方程描述。该开关过程归因于交叉相位调制（XPM）引起的孤子存在范围的简并提升，对应于一个有效的负热光效应。
2020-11-02 physics.optics
μW-Level Microresonator Solitons with Extended Stability Range Using an Auxiliary Laser
最近在微谐振器中的耗散克尔孤子的演示为产生超短脉冲和具有千兆赫到太赫兹重复率的低噪声频率梳开辟了一条新途径，使频率计量，天文学，光学相干通信和基于激光的测距应用成为可能。孤子产生的主要挑战，特别是在超高Q谐振器中，是在孤子产生开始期间循环腔内功率的突然变化。这种突然的功率变化需要精确控制种子激光器频率和功率或快速控制谐振器温度。在这里，我们报告了一个强大的和简单的方法来增加孤子制度的稳定范围，通过使用辅助激光器，被动稳定的腔内功率。在我们的实验与熔融石英谐振器，我们能够扩展泵浦激光器的频率稳定范围的微谐振器孤子的两个数量级，这使得孤子的产生缓慢和手动调谐的泵浦激光到谐振和前所未有的低功率水平。在直径为1.3mm的石英微棒谐振器中，当泵浦波长为1554 nm，阈值功率小于3 mW时，获得了自由光谱范围为~ 50.6GHz的单孤子和多孤子锁模态。此外，在直径为230 μ m的微棒上，我们还得到了阈值功率为780 μW的孤子产生。微谐振器孤子的稳定范围的被动增强为鲁棒和低阈值微梳系统铺平了道路，该系统具有对泵浦激光源的基本上放松的稳定性要求。此外，这种方法可以是有用的，在更广泛的微谐振器的应用，需要降低灵敏度的外部扰动。
2018-09-26 physics.optics
Temporal Solitons in Microresonators driven by Optical Pulses
连续波激光器驱动的克尔非线性光学微谐振器已经实现了各种新颖的应用和现象，包括产生光学频率梳、超低噪声微波以及超短光脉冲。在这项工作中，我们打破了连续波光学驱动器的范式，并使用周期性的皮秒光脉冲。我们观察到在共振增强的驱动脉冲上确定性地产生稳定的飞秒耗散腔孤子。令人惊讶的是，孤子脉冲锁定到驱动脉冲，使得能够直接全光控制孤子的重复率和载波包络偏移频率，而不需要对微谐振器进行任何致动。当连续波驱动的微谐振器和非共振脉冲超连续谱产生相比，这种新的方法是更有效的，可以产生宽带频率梳在毫微微焦耳驱动脉冲能量和平均激光功率显着低于连续波驱动的微谐振器的参数阈值功率。本文的结果为连续波驱动的共振和脉冲驱动的非共振非线性光学的研究提供了一个新的思路。它们能够实现微光子脉冲压缩、超高效低噪声频率梳和共振超连续谱产生，适用于光学数据传输和光谱学等应用。从科学的角度来看，这些结果为时间和光谱结构光驱动的非线性光子学开辟了新的视野。
2016-12-28 physics.optics
Bright solitons in hybrid-dispersion photonic crystal microresonators
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Karlsruhe Institute of Technology KIT（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Hamburg UHH（汉堡大学）
研究光学微谐振器中亮孤子特性因腔色散要求冲突的问题，通过引入局部强色散区域实现混合色散方案，在光子晶体微谐振器中揭示新孤子吸引子，调和相关冲突要求，展现非线性光子系统新特性实现潜力。
2026-07-08 physics.optics
Mode spectrum and temporal soliton formation in optical microresonators
在光学微谐振腔中形成时间耗散孤子，可以实现紧凑、高重复频率的超短脉冲源以及低噪声、宽带、频谱包络平滑的光学频率梳。在这里，我们研究了谐振腔模式谱的时间孤子形成的影响。利用频率梳辅助半导体激光光谱，测量的晶体MgF2谐振器的模式结构与时间孤子的形成。虽然需要一个整体的一般反常色散，它被发现，高阶色散是可以容忍的，只要它不占主导地位的谐振腔的模式结构。模式耦合诱导避免交叉的谐振腔模式谱被发现，以防止孤子的形成，当影响接近泵浦激光器的谐振腔模式。实验观测结果与基于非线性耦合模方程的数值模拟结果吻合得很好，揭示了模交叉和孤子形成的丰富的相互作用。
2013-11-07 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
Soliton generation in AlGaAs microresonators at room temperature
芯片集成的光学频率梳在要求高重复率、低功耗或紧凑尺寸的梳应用中是有吸引力的光源。在这些频率梳中，通过克尔参量振荡自发形成孤子是一种很有前途的产生原理，并且在过去的十年中已经在几种材料平台上得到了证明。在这些材料中，AlGaAs具有最大的克尔非线性系数之一，允许产生低泵浦阈值梳。然而，使用这种材料产生明亮的孤子只有可能在低温下，因为在室温下的大的热光效应，这阻碍了稳定的访问孤子制度。在这里，我们报告的自稳定单孤子产生的AlGaAs微谐振器在室温下，利用一个上升的孤子阶跃在大的自由光谱范围的谐振器。在亚毫瓦光泵浦功率下，实现了1 THz重复率孤子的产生。观察到了理想孤子晶体的形成和孤子呼吸态。除了大的光学非线性的优点，该设备是与III-V族泵浦激光器集成的自然候选者。
2022-11-17 physics.optics
From the Lugiato-Lefever equation to microresonator based soliton Kerr frequency combs
该模型通常被称为Lugiato-Lefever方程（LLE），于1987年提出，旨在为非线性光学中的耗散结构和斑图形成提供一个范例。该模型描述了一个受驱动、失谐和阻尼的非线性薛定谔方程，产生了耗散的时空孤子。最近，随着时间耗散克尔孤子（DKS）的发现，在LLE中假设的相当理想化的条件已经以连续波驱动的光学微谐振器的形式实现。这些实验表明，LLE是克尔频率梳的完美和准确的描述-在2007年首次观察到，即LLE最初制定后20年。- 并且具体描述孤子状态。在2013年观察到在晶体微谐振器中的克尔频率梳中自发形成，这种DKS是优选的操作状态，提供相干和宽带光学频率梳，其带宽可以利用孤子诱导的加宽现象来扩展。基于微谐振器的孤子克尔频率梳结合其芯片化和集成的能力，已经在自参考频率梳、双梳光谱、频率合成、低噪声微波产生、激光频率测距和天体物理光谱仪校准等方面得到了应用，并有可能使梳状技术变得无处不在。因此，在受驱动的、耗散的非线性光学系统中的斑图形成正成为孤子微梳技术的核心物理。
2018-11-26 physics.optics
Frequency combs with multiple offsets in THz-rate microresonators
微谐振器中的倍频程频率梳对于自参考是必不可少的。然而，由于色散的不利影响，小尺寸和高重复频率的微谐振器很难在较宽的频率范围内实现完美的孤子锁模。在这里，我们研究的孤子状态的稳定性组成的100个模式的氮化硅微谐振器与一太赫兹自由光谱范围。我们报告的共存的快，慢孤子在一个狭窄的失谐范围内，这是包围在两侧的呼吸状态。我们将呼吸梳分解成具有不同载波包络偏移频率的子梳序列。大失谐呼吸器具有与在整个微谐振器上延伸的扰动相关联的高频振荡。小的失谐呼吸子产生的振荡定位在孤子核心，并可以进行倍周期分岔，这触发了一系列强烈的子梳。
2022-10-11 physics.optics
Brillouin-Kerr soliton frequency combs in an optical microresonator
在光学微谐振腔中产生布里渊激光，利用产生的布里渊激光在同一腔中激发克尔频率梳，实现了孤子克尔微梳。腔内布里渊激光泵浦方案使我们能够利用蓝失谐输入泵浦获得孤子态。由于所产生的布里渊激光的超窄线宽和低噪声特性，即使使用相对宽线宽的二极管激光器，所观察到的孤子微梳也表现出窄线宽的梳状线和稳定的重复率。此外，我们证明了一个低噪声微波信号的相位噪声水平为-24 dBc/Hz（10 Hz），-111 dBc/Hz（10 kHz）和-147 dBc/Hz（1 MHz偏移）的11.14 GHz载波，只有一个自由运行的输入泵。由于布里渊-克尔孤子微梳易于实现，且具有良好的性能，使得该方案具有很好的实际应用前景。
2020-08-14 physics.optics
Deterministic generation of single soliton Kerr frequency comb in microresonators by a single shot pulsed trigger
克尔孤子频率梳产生在单片微谐振器最近引起了极大的兴趣，因为它使芯片级的几个周期的脉冲产生在微波速率与平滑的倍频程跨越频谱的自参考。这种通用平台在双梳光谱学、低噪声光频率合成、相干通信系统等方面有着重要的应用。然而，在微谐振器中直接且确定性地产生和维持单孤立子状态仍然具有挑战性。在本文中，我们提出并从理论上证明了单孤子克尔频率梳的激发连续波驱动的非线性微腔与脉冲触发种子。与目前报道的大多数频率调谐方案不同，我们证明了一个充满活力的Single Shot脉冲可以确定性地触发单孤子态，而不会经历任何不稳定或混沌状态。泵浦频率和腔谐振都不需要调谐。所产生的锁模单孤子克尔梳是鲁棒的，对扰动不敏感。即使当考虑到由腔内光的吸收引起的热效应时，所提出的单脉冲触发方法仍然有效，而不需要任何热补偿装置。
2018-02-06 physics.optics
Communication-ready high-power soliton microcombs in highly-dispersive Fabry-Perot-microresonators
State Key Laboratory for Artificial Microstructure and Mesoscopic Physics and Frontiers Science Center for Nano-optoelectronics, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室及纳米光电前沿科学中心）；Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics（北京大学长三角光学光电科技研究院）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学极端光学协同创新中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；State Key Laboratory of Advanced Optical Communications System and Networks, School of Electronics, Peking University（北京大学电子工程学院先进光通信系统与国家网络重点实验室）
本研究提出了一种高功率soliton微梳平台，通过高色散设计实现每线毫瓦级功率，可直接应用于高速相干通信系统。
2025-12-02 physics.optics
Universal dynamics and controlled switching of dissipative Kerr solitons in optical microresonators
光学微谐振腔中的耗散时间克尔孤子能够将连续激光转换为飞秒脉冲训练。特别令人感兴趣的是单孤子状态，其$\mathrm{sech}^{2}$光谱包络提供光谱平滑和低噪声的光学频率梳，并且最近已经在晶体、二氧化硅和氮化硅谐振器中产生。在这里，我们研究的动力学多孤子态包含${N}$孤子和报告的发现一种新的，但简单的机制，这使得有可能确定性地减少孤子的数量，一个接一个，即${N\! \to\! N\!-\!1\! \to\! \dots \!\to\! 1}$。通过施加弱相位调制，我们通过双共振响应直接表征孤子态。动态探测表明，过渡发生在一个可预测的方式，从而使我们能够映射实验的耗散克尔孤子的多稳定性图。这些测量结果揭示了孤子态的“提升”简并性，这是由于腔谐振的功率相关热位移（即热非线性）。实验结果与考虑热非线性的理论和数值分析相一致。通过研究两种不同的微谐振器平台（集成的$\mathrm{Si_{3}N_{4}}$微谐振器和晶体$\mathrm{MgF_{2}}$谐振器），我们确认这些效果具有普遍性。除了阐明耗散克尔孤子的基本动力学性质之外，所观察到的现象也具有实际意义，提供了一个操纵工具箱，该工具箱能够顺序地减少、监测和稳定孤子的数量${N}$，防止其衰减。在光学谐振腔中以这种方式实现可靠的单孤子操作和稳定对于应用是必要的。
2016-01-19 physics.optics
Soliton and quasi-soliton frequency combs due to second harmonic generation in microresonators
我们报道了在具有二次非线性的微谐振腔中，对称的反向倾斜的二次谐振峰的双峰如何在线性腔谐振的一侧转变为类克尔峰，而在另一侧转变为与准线性谐振断开的闭环结构。这两种类型的非线性共振都与典型LiNbO $_3$微环色散分布的孤立子梳的形成有关。当群速度色散的基波和二次谐波符号相反时，我们报道了在弱调制的低强度背景上传播的亮准孤子。当色散符号相同时，我们还发现了指数局域孤子。最后，我们证明了这两类孤子态之间的跃迁与准线性波谱中禁带的闭合有关。
2019-03-24 physics.optics
Thermal and Nonlinear Dissipative-Soliton Dynamics in Kerr Microresonator Frequency Combs
我们探讨了耗散克尔孤子的动力学响应的泵浦功率和失谐的变化，并显示如何热和非线性过程耦合这些参数的频率梳自由度。我们的实验是通过一个庞德-德雷弗-霍尔（PDH）稳定的方法，提供按需，射频控制的频率comb. PDH锁定不仅引导克尔孤子形成从冷微谐振器，但打开了一个路径，以解耦的重复和载波包络偏移频率。特别是，我们证明了相位稳定的克尔梳自由度的小数频率精度低于10^-16，与光学计时技术兼容。此外，我们调查的基本作用，剩余的激光谐振腔失谐噪声中的光谱纯度与克尔梳产生微波起作用。
2018-04-25 physics.optics
Dynamics of soliton crystals in optical microresonators
光学微谐振器中的耗散克尔孤子为光子集成技术的非线性光学物理提供了一个统一的框架，最近已被广泛应用于从相干通信到天体物理光谱仪校准。耗散克尔孤子可以形成多种多样的稳定态，从呼吸子到多孤子的形成，其中，最近发现的孤子晶体脱颖而出。它们代表了孤子脉冲的时间有序的集合，这些集合可以通过连续波腔内驱动场的调制而有规律地排列。然而，到目前为止，孤子晶体的动力学仍然主要是未开发的。此外，绝大多数报道的晶体含有缺陷-丢失或偏移脉冲，破坏了这些状态的对称性，并且没有建议避免这种缺陷的程序。在这里，我们探讨了孤子晶体的动力学特性，并发现经常被忽视的驱动光学微谐振器的混沌操作制度是他们的理解的关键。与以前的工作相比，我们证明了确定性生成的$\mathrm{perfect}$孤子晶体状态，这对应于一个稳定的，无缺陷的晶格内的光脉冲腔的可行性。我们发现存在的临界泵浦功率，低于该随机过程的孤子激发突然变得确定性，使无故障，设备无关的访问完美的孤子晶体。此外，我们证明了孤子晶体状态的切换，并证明它也是紧密相连的泵浦功率，只有在瞬态混沌政权是可能的。最后，我们报告了一些其他的动力学现象的实验观察到的孤子晶体，包括呼吸子的形成，孤子晶体之间的过渡，它们的熔化，和重结晶。
2019-09-03 physics.optics
Integrated, ultra-compact high-Q silicon nitride microresonators for low-repetition-rate soliton microcombs
在光子学中的多个相关应用，如频谱高效相干通信、微波合成或天文摄谱仪的校准，将受益于在<50 GHz的重复率下工作的孤子微梳。然而，利用光子集成技术获得低重复率的孤子微梳是一个巨大的挑战。腔体积的扩大导致腔内强度的下降，其只能由品质因数的全面上升来抵消。此外，减少平面集成电路上的微谐振器的占地面积需要跑道设计，这通常导致额外的模态耦合损耗和色散中断，从而防止耗散单孤子状态的产生。在这里，我们报告的色散工程氮化硅微谐振器的子50 GHz孤子微梳的产生。与其他方法相比，我们的器件采用优化的跑道设计，可最大限度地减少与高阶模式的耦合，并将基底面尺寸减少一个数量级，降至约1mm2。统计本征Q值达到1900万，并成功地产生了重复频率为20.5GHz和14.0GHz的孤子微梳。重要的是，制造过程完全是减法，这意味着器件可以直接在Si3N4膜上图案化。这种标准方法便于与其他组件和设备集成。
2021-08-17 physics.optics
Soliton microcombs in X-cut LiNbO3 microresonators
针对X切薄膜铌酸锂平台拉曼非线性阻碍孤子微梳产生的问题，通过调整跑道形微谐振器取向抑制拉曼非线性，实现了25 GHz重复频率的横电极化孤子微梳，脉冲泵浦下光谱扩展至350 nm，为单片集成快速可调自参考微梳奠定基础。
2025-02-11 physics.optics
Temporal solitons in optical microresonators
耗散孤子可以出现在光学、医学和生物学等领域的各种耗散非线性系统中。在克尔非线性光学谐振腔中也可以存在耗散孤子，并且耗散孤子一方面依赖于参量增益和谐振腔损耗之间的双重平衡，另一方面依赖于非线性和衍射或色散之间的双重平衡。从数学上讲，这些孤子是Lugiato-Lefever方程的解，并且存在于连续波（cw）背景之上。本文报道了在高Q光学微谐振腔中观测到的时间耗散孤子。当抽运激光通过高Q谐振的有效零失谐点时，自发产生孤子，从而实现有效的红失谐抽运。红失谐泵浦标志着非线性微谐振器的一种全新的工作方式。虽然通常是不稳定的，但在没有任何主动反馈的情况下，该机制在孤子存在下获得了唯一的稳定性。谐振腔中孤子的数量可以通过泵浦激光失谐来控制，并且孤子状态之间的跃迁与谐振腔传输中的不连续步骤相关联。除了能够研究孤子物理，如孤子晶体，我们的观察打开了通往紧凑，高重复率飞秒光源，其中工作波长不受宽带激光增益介质的可用性的路线。单孤子状态在频域中对应于具有平滑频谱包络的低噪声光学频率梳，这对于宽带光谱学、电信、天文学和低相位噪声微波产生中的应用至关重要。
2013-06-27 physics.optics
Detuning-dependent Properties and Dispersion-induced Instabilities of Temporal Dissipative Kerr Solitons in Optical Microresonators
时间耗散克尔孤子是在非线性光学谐振腔中产生的自局域光脉冲。它们在微谐振器中的实现使得紧凑的相干光学频率梳源以及耗散孤子的研究成为可能。其动力学的一个关键参数是有效的失谐的泵激光器的热和克尔位移腔共振。与自由光谱范围和色散一起，它决定了孤子脉冲的持续时间，正如Lugiato-Lefever方程的近似解析解所预测的那样。然而，到目前为止，这种关系缺乏精确的实验验证。在这里，通过测量和控制有效失谐，我们建立了一种新的方法来稳定微谐振器中的孤子，并证明了孤子宽度和失谐量之间的关系的测量偏差小于1%的近似表达式，验证了其良好的预测能力。此外，一个失谐相关的增强特定的梳状线被揭示，由于模族之间的线性耦合。它们导致偏离预测的梳状功率的演变，并诱导失谐依赖的孤子反冲，修改脉冲重复率，解释其意想不到的依赖于激光失谐。最后，我们观察到，失谐依赖的模式交叉可以不稳定的孤子，导致一个不可预测的孤子呼吸制度（振荡的脉冲），发生在一个正常的稳定制度。我们的结果测试的近似解析解具有前所未有的精度，并提供了新的见解耗散孤子动力学。
2018-11-28 physics.optics
Microresonator soliton frequency combs via cascaded Brillouin scattering
本文通过级联布里渊散射触发Kerr孤子频率梳生成，在熔融石英谐振器中实现107 GHz重复率的孤子脉冲序列，开辟了低噪声、任意重复率频率梳的新途径。
2023-12-24 physics.optics
Multiple soliton regimes enabled by parametric down-conversion in $χ^{(2)}+χ^{(3)}$ microresonators
University of Bath（巴斯大学）；Centre for Photonics, University of Bath（巴斯大学光子学中心）；VTT Technical Research Centre of Finland（芬兰技术研究中心）；National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）
研究\(χ^{(2)}+χ^{(3)}\)微谐振器中孤子态，通过数值模拟发现在不同条件下可形成多种孤子，如亮、拓扑双色及暗孤子，展示了\(\chi^{(2)}\)和\(\chi^{(3)}\)非线性相互作用能扩展孤子态范围和类型。
2026-09-09 physics.optics
Mode interaction aided excitation of dark solitons in microresonators constructed of normal dispersion waveguides
微谐振器的克尔频率梳作为一种潜在的便携式技术在各种应用中得到了广泛的研究。大多数研究采用反常色散微谐振器，支持调制不稳定性梳启动，锁模跃迁导致相干亮孤子脉冲产生已被报道。然而，一些实验表明梳状生成正常色散微谐振器，模拟表明形成暗脉冲的时间分布。激发暗脉冲的解决方案是困难的，由于缺乏调制不稳定性的有效蓝色失谐泵浦区域的激发途径已被证明既不是在实验中，也不是在模拟中。在这里，我们报告的实验中，暗脉冲梳形成的模式相互作用辅助激发，第一次，锁模过渡中观察到的正常色散制度。所提出的激发途径也得到了模拟的支持。
2015-08-17 physics.optics
All-optical Synchronization of Breather Solitons in a Kerr Microresonator
The University of Auckland（奥克兰大学）；The Dodd-Walls Centre for Photonics and Quantum technologies（光子与量子技术多德-沃尔斯中心）；Joint Quantum Institute, NIST/University of Maryland（美国国家标准与技术研究院/马里兰大学联合量子研究所）；NIST（美国国家标准与技术研究院）
通过注入弱单色激光，实现微谐振器克尔呼吸孤子边带的全光同步，从而控制孤子振荡频率并降低噪声。
2026-06-29 physics.optics
Soliton repetition rate in a silicon-nitride microresonator
测量了反常色散氮化硅微腔中由单个孤子组成的克尔梳的重复率随泵浦频率调谐的变化。拉曼孤子自频移（SSFS）和热效应的贡献进行了实验和理论评估; SSFS被发现占主导地位的重复率的变化。重复频率的变化与抽运频率失谐量的关系与腔的非线性系数和色散无关。利用广义Lugiato-Lefever方程对重复率的变化进行了模拟，发现Kerr激波对持续时间低至~50 fs的腔孤子的重复率只有很小的影响。
2016-11-15 physics.optics
Reduction of thermal instability of soliton states in coupled Kerr-microresonators
针对氮化硅微环谐振器热噪声影响微梳稳定性的问题，本文结合实验与有限元仿真表征热响应，并通过泵浦频率快速控制及可调耦合谐振器模式相互作用稳定孤子脉冲。
2024-12-05 physics.optics
Heteronuclear and Homonuclear Vector Solitons in Lasers
Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, Key Laboratory of Light Field Manipulation and Information Acquisition, Ministry of Industry and Information Technology, School of Physical Science and Technology, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学物理科学与技术学院）；Shenzhen Research Institute of Northwestern Polytechnical University（西北工业大学深圳研究院）；State Key Laboratory of Extreme Photonics and Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University（浙江大学光电科学与工程学院）；Department of Physical Electronics, Faculty of Engineering, and Center for Light-Matter Interaction, Tel Aviv University（特拉维夫大学工程与应用物理学院）；Instituto de Alta Investigación, Universidad de Tarapacá（塔拉帕卡大学高等研究所）
研究揭示了线性模式耦合对矢量孤子结构的影响，发现弱耦合支持异核孤子，强耦合促进同核孤子，为超快光学光源提供新途径。
2025-12-11 nlin.PS physics.optics
Self-regulating soliton domain walls in microresonators
利用自注入锁定过程在微谐振器中实现了耗散孤子克尔频率梳。它们具有交钥匙确定性梳产生和简化正常色散区暗孤子产生的优点。在这里，自注入锁定触发的暗脉冲的形成过程进行了研究，把它们看作是一对畴壁连接具有不同的腔内功率的畴。自注入锁定机制允许畴壁自调节它们的位置，使得可以访问宽范围的暗梳状态，并且占空比由反馈相位控制。利用电光采样技术对暗脉冲波形进行直接成像，验证了理论的正确性。研究结果为这类重要的非线性波提供了新的物理见解和新的操作模式。
2021-11-24 physics.optics
Spectral Extension and Synchronisation of Microcombs in a Single Microresonator
我们证明了在微谐振器中产生的孤子微梳的光谱可以通过双色泵浦相干扩展：具有微谐振器的反常色散区中的频率的一个泵浦用于产生亮孤子微梳，而正常色散区中的第二泵浦既补偿微谐振器的热效应，又通过交叉耦合产生第二频率梳。利用亮孤子进行相位调制，从而扩展了微梳的频谱。不同微谐振器的实验结果表明，即使在不同的模式族中产生梳齿，两个梳齿的模式间隔也是同步的。数值模拟结果与实验结果吻合较好，并揭示了一个明亮的光脉冲从第二泵被动地形成在正常的色散制度和捕获的亮孤子。我们相信，所展示的技术提供了一种替代方法来产生宽带微梳和多色频率梳，可以用于频率计量和光谱学。此外，该方法使得能够选择性地增强梳状谱的特定部分中的可用光功率。
2020-02-14 physics.optics
Kerr-microresonator solitons for accurate carrier-envelope-frequency stabilization
光脉冲的载波包络相位稳定可以通过直接光频合成、绝对光-微波相位转换和超快波形控制实现精密测量。我们报告这样的相位稳定克尔微谐振器频率梳集成在硅芯片上，并验证其分数频率不准确度在<3 × 10 -16。我们的工作介绍了一个互锁克尔梳配置包括一个氮化硅和一个二氧化硅微谐振器，其特点是近谐波重复频率，可以用一个激光器产生。这些频率梳支持超快激光制度，具有几个光周期，1皮秒周期的孤子脉冲和170 THz的总色散波增强带宽，同时在光学和微波域之间提供稳定的相位链接。为了适应低功耗和移动应用平台，我们的锁相频率梳系统的芯片耦合功率小于250 mW。我们的工作建立克尔微谐振器梳作为一个可行的技术，如光学原子计时，光学合成和相关方向的应用。
2017-11-20 physics.optics
Zero-dispersion Kerr solitons in optical microresonators
孤子是形状保持的波形，在非线性动力学系统中普遍存在，分为两个单独的类别，即在异常群速度色散制度中形成的亮孤子和在正常色散制度中形成的“暗孤子”。这两种类型的孤子已经在BEC，流体力学，极化激元和锁模激光器中观察到，但与芯片级微谐振器频率梳（微梳）的产生特别相关，用于定时，光谱和通信中的许多系统级应用。对于微梳，研究了亮孤子和基于互锁开关波的交替暗脉冲。然而，存在的本地耗散结构，适合之间的二分法已经在理论上预测，但实验证明难以捉摸。在这里，我们报告的耗散结构的发现，体现了开关波和耗散孤子之间的混合，存在于政权的（几乎）消失的群速度色散的三阶色散是占主导地位的，因此被称为“零色散孤子”。这些耗散结构是通过折叠开关波前，形成量子化孤子子结构的集群。开关波直接通过基于光子芯片的Si3N4微谐振器的同步脉冲驱动形成。由此产生的频率梳频谱是非常广泛的开关波和零色散孤子制度，达到136太赫兹或97%的倍频程。四阶色散工程的结果在双色散波的形成，和一种新的准相位匹配波法拉第不稳定性。这种异国情调的意想不到的耗散结构扩展克尔腔物理的域附近的零色散的制度，并可能提出一个优越的替代传统的宽带梳状产生孤子。
2020-09-01 physics.optics
Breathing dissipative solitons in optical microresonators
耗散孤子是色散与非线性、耗散与驱动力双重平衡的结果。它们出现在从光学、流体力学到化学和生物学的各种领域。最近，显着的兴趣集中在他们的时间实现驱动的光学微谐振器，被称为耗散克尔孤子。它们提供了对相干的、芯片级光学频率梳的访问，这些频率梳已经在光学计量、数据通信和光谱学中被采用。这种克尔谐振器系统可以表现出许多局部腔内图案，并提供丰富的见解非线性动力学。一类特殊的解决方案包括呼吸耗散孤子，代表脉冲振荡幅度和持续时间，没有全面的理解已经提出了日期。在这里，我们观察和研究了单个和多个呼吸耗散孤子在两个不同的微谐振器平台：晶体$\mathrm{MgF_2}$谐振器和$\mathrm{Si_3N_4}$集成Microns。我们报告了一个确定性的路线来访问呼吸状态，这使得呼吸动力学的详细探索。特别地，我们建立了呼吸频率和两个系统控制参数-有效泵浦激光失谐和泵浦功率之间的联系。使用快速检测，我们提出了一个直接观察的时空动态的单个孤子，揭示不规则的振荡和开关。呼吸孤子的理解不仅是对非线性系统的基本兴趣接近临界转变，但也相关的应用程序，以防止呼吸诱导的不稳定性孤子为基础的频率梳。
2016-11-23 physics.optics
Amplification and phase noise transfer of a Kerr microresonator soliton comb for low phase noise THz generation with a high signal-to-noise ratio
与掺铒光纤和半导体光放大器不同的是，光注入锁定不仅能放大克尔梳状模，而且能忠实地传递耗散克尔微谐振器孤子梳状模的相位噪声，而不会降低光的信噪比。此外，我们还证明了光注入锁定的残余相位噪声足够小，足以传递梳状模的相对相位噪声（相当于重复频率）的低相位噪声克尔梳，认为克尔梳的光注入锁定是通过光-光耦合产生低相位噪声、高信噪比的THz波的有效途径。克尔梳的电子转换
2021-12-15 physics.optics
Two-colour dissipative solitons and breathers in microresonator second-harmonic generation
本文研究了微谐振腔二次谐波产生中的双色耗散孤子与呼吸子，揭示了其在轻微相位失配下的典型性及与二阶非线性主导的谐振线负倾斜的关系。
2023-05-21 physics.optics
