Single mode output by controlling the spatiotemporal nonlinearities in mode-locked femtosecond multimode fiber lasers
由于单模光纤纤芯的空间限制引起的高非线性，限制了光纤锁模激光器的性能。为了大量增加飞秒脉冲的脉冲能量，在振荡器外部获得放大。近年来，时空锁模被认为是光纤激光器的一条新的发展方向。然而，光束质量是高度多模和/或具有低脉冲能量。本文提出了一种在锁模多模光纤振荡器中直接获得高脉冲能量的方法，其输出光束接近单模。我们的方法依赖于通过非线性克尔效应的空间自光束清洁，并且我们展示了具有M2<1.13光束轮廓、高达24 nJ能量和低于100 fs压缩持续时间的多模光纤振荡器。报道的方法是进一步的功率可扩展的较大芯尺寸的光纤，并可能有利于应用，需要高功率超短激光器与商用光纤。
2020-05-14 nlin.PS physics.optics
Spatiotemporal mode-locking in multimode fiber lasers
激光器基于其谐振器的电磁模式，谐振器提供振荡所需的反馈。用单横模控制激光器中纵模的相互作用已经取得了巨大的进展。例如，超快科学领域建立在激光器上，激光器将许多纵模锁定在一起，形成超短光脉冲。然而，激光器中多个纵模和横模的相干叠加却很少受到关注。众多不同的频率间隔，强烈的色散，以及模式之间复杂的非线性相互作用，大大有利于退相干的出现秩序。在这里，我们报告的锁定多个横向和纵向模式的光纤激光器产生超快时空脉冲。我们使用渐变折射率多模光纤（GRINMMF）构建多模光纤腔。这导致空间和纵向模式色散是可比的。这些色散被强大的腔内空间和光谱滤波所抵消。在这些条件下，我们实现时空，或多模（MM），锁模。还可以观察到其他多种多模非线性动力学过程。多模光纤激光器为三维非线性波传播的研究开辟了新的方向。产生可控时空场的激光器，峰值功率比现有设计增加几个数量级，应该是可能的。这将增加激光在许多已建立的应用中的实用性，并促进新的应用。
2017-10-09 nlin.PS physics.app-ph physics.optics
Mode pairs in $\mathcal{PT}$-symmetric multimode waveguides
研究了具有奇偶时间（$\mathcal{PT}$）对称性的多模光波导中的模式特性。我们发现，当损耗系数和增益系数增大到某一临界值时，两个连续阶数为2 \emph{m}-1和2 \emph{m}的导模形成一个模对，即模对的两个分量演化为同一模，并且它们同时经历$\mathcal{PT}$对称性破缺.对于在其保守极限下支持奇数个导模的波导，随着增益/损耗水平的增加，出现具有适当阶数的新模，使得它与已经存在的最高阶模配对，然后同时打破它们的$\mathcal{PT}$对称性。根据$\mathcal{PT}$对称势的具体实现，高阶模对可能比低阶模对更早或更晚地经历对称性破缺。
2014-10-09 nlin.PS physics.optics
Spatiotemporal solitons in dispersion-managed multimode fibers
提出了多模光纤中三维孤子的色散管理方案。它是由抛物型封闭势结合立方自聚焦作用在横向平面。DM图采用异常和正常群速度色散交替段的形式。以前，时间DM孤子在单模光纤中进行了详细的研究，和一些解决方案的二维时空“光子弹”，DM稳定，被发现在一个平面波导模型。通过数值计算，我们证明了三维时空孤子的稳定性由通常的DM强度参数$S$决定：在$ S<S_{0}\approx 0.93$处是准稳定的，在$S>S_{0}$处是完全稳定的.构造了稳定的涡旋孤子。我们还考虑了三维孤子之间的碰撞，在轴向和横向方向。相互作用是准弹性的，包括在横向平面中执行穿梭运动的孤子之间的周期性碰撞。
2020-11-10 nlin.PS physics.optics
Spatiotemporal mode-locking and photonic flywheel in multimode microresonators
耗散克尔孤子（DKS）频率梳-也称为微梳-可以说是在腔非线性光子学中创造了一个新的领域，理论，实验和技术研究之间有很强的交叉作用。时空锁模（STML）不仅为超快激光技术增加了新的自由度，而且为利用光子学实现模拟计算机和启发式优化器提供了新的见解。在这里，我们结合了DKS和STML的原理，首次展示了STML DKS通过开发一个未开发的超高品质因数的法布里-珀罗微谐振器的基础上渐变折射率多模光纤（GRIN-MMF）。利用模间受激布里渊散射，我们可以选择性地激发本征模DKS或STML DKS。此外，我们展示了一个超低噪声的微梳，提高了光子飞轮的基本梳线宽和DKS定时抖动的性能。所展示的基本梳状线宽为400 mHz和DKS的500阿秒的定时抖动分别代表了25倍和2.5倍的改进，从国家的最先进的。我们的研究结果表明，GRIN-MMF FP微谐振器作为一个理想的测试平台，高维非线性腔动力学和光子飞轮的相干性和超低的定时抖动的潜力。
2022-03-19 nlin.PS physics.optics
Dissipative spatiotemporal soliton in a driven waveguide laser
本文提出通过泵浦光空间整形在波导激光器中产生耗散时空孤子，并利用慢时间调制结合动态增益饱和实现宽参数范围稳定，且该方法可类比推广至弱耗散玻色-爱因斯坦凝聚体的稳定。
2024-08-12 nlin.PS physics.optics
A "metaphorical" nonlinear multimode fiber laser approach to weakly-dissipative Bose-Einstein condensates
我们证明了二维非线性波图案的稳定性的耗散禁闭势的手段。基于广义耗散Gross-Pitaevskii方程，利用玻色-爱因斯坦凝聚体的动力学与工作在反常色散区的锁模光纤激光器的动力学之间的密切相似性，进行了解析和数值分析.在最后一种情况下，稳定的二维图案的形成对应于时空锁模，使用耗散增强模式清洗。我们分析了模式不稳定的主要方案，从孤子溶解到分裂和时空湍流，以及它们对梯度耗散的依赖。
2020-10-21 nlin.PS physics.optics
Mimicking the nonlinear dynamics of optical fibers with waveguide arrays: towards a spatiotemporal supercontinuum generation
我们用数值方法证明了当长脉冲发射到系统中时，在具有克尔非线性的波导阵列中产生的所谓衍射共振辐射的时空版本的形成。衍射共振辐射的相位匹配条件，我们已经发现较早的连续波光束也适用于时空的情况下。通过引入线性势，可以引入线性脉冲的中心波数的连续移位，而在非线性情况下，可以证明孤子自波数移位可以通过衍射共振辐射的发射来补偿，其方式与光纤中所做的非常相似。这项工作为设计独特的光学器件铺平了道路，这些器件通过利用光纤和波导阵列的组合物理特性来产生具有可控方向性的光谱宽超连续谱。
2013-05-31 nlin.PS physics.optics
Spatiotemporal vortex solitons in hexagonal arrays of waveguides
通过系统的数值分析，我们证明了具有立方自聚焦非线性的平行线耦合波导六角晶格可以产生三种稳定的半离散复合体（在纵向上是连续的），嵌入涡量S：S=1的三角形模，S=2的六边形模，两者都以空的中心核为中心，以及S=1的紧凑三角形，其不包括空的位置。研究了稳定三角涡之间的碰撞。这些波导晶格可以在光学和BEC中实现。
2011-05-29 nlin.PS physics.optics
Real-Time Visualization of the Spatiotemporal Dynamics of 3D Solitons
State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, School of Electronic Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学电子工程学院信息光子学与光通信国家重点实验室）
通过高速光电探测器结合空分和时分复用技术，实现了三维孤子动力学的长期实时可视化，并观察到孤子诞生过程中多模光束先稳定后频谱展宽的现象。
2026-06-12 nlin.PS physics.optics
Enhancement and inhibition of light tunneling mediated by resonant mode conversion
该研究提出利用微小纵向周期调制激发多模波导本征模的共振转换，通过高阶模重叠显著调控相邻波导间的光隧穿速率。
2014-01-10 nlin.PS physics.optics
Robust bistable vortex light bullets in graded-index multimode fibers
University of L’Aquila（阿奎拉大学）；Umeå University（于默奥大学）；University of Rochester（罗切斯特大学）；Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）
该研究在梯度折射率多模光纤中，结合变分分析与数值模拟，确立了双稳态涡旋光子弹的存在，分析其稳定性与动力学，为经典和量子信息处理提供了潜在应用基础。
2026-09-01 nlin.PS physics.optics
Spatiotemporal dynamics in a twisted, circular waveguide array
研究了光脉冲在扭曲多芯光纤中传输的非线性离散局域解的存在性和谱稳定性。通过考虑一个偶数，$N$，波导，我们推导出渐近表达式的解决方案，其中大部分的光强度集中作为一个孤立的脉冲局限于一个单一的波导。得到的首阶项与数值计算结果符合得很好。此外，如在没有时间色散的模型中那样，当扭转参数$ϕ$由$ϕ= π/N$给出时，这些驻波表现出光学抑制，其中单个波导保持未被激发到首阶。光谱计算和数值演化实验表明，这些驻波解决方案是稳定的耦合参数小于临界值的值，在这一点上的光谱不稳定性的结果从碰撞的内部特征值的本征值在原点。当$ϕ= π/N$。
2022-06-28 math.DS nlin.PS
Diffractive resonant radiation emitted by spatial solitons in waveguide arrays: towards a spatiotemporal supercontinuum generation
本文对克尔非线性波导阵列中空间孤子产生的衍射共振辐射进行了解析和数值研究。导出了孤子与辐射之间的相位匹配条件，并与直接脉冲传输模拟结果进行了比较。由于布里渊区的折叠色散导致一个奇特的反常孤子反冲，我们详细描述。施加在阵列上的线性电势产生光纤中拉曼自频移的模拟，现在仅应用于波数。我们证明，它是可能的，以模仿密切的时间光纤动力学，揭示了新的影响波数超连续谱的产生和“孤子自波数位移”的补偿所发射的衍射辐射。这项工作为设计独特的光学器件铺平了道路，这些器件可以产生具有可控方向性的光谱宽超连续谱。
2012-10-18 nlin.PS physics.optics
Pure quartic three-dimensional spatiotemporal Kerr solitons
该研究针对抛物线折射率波导中的三维时空孤子稳定问题，结合变分法与三维数值模拟，发现纯四次色散可拓宽孤子稳定的能量范围，抑制时空波坍塌。
2023-06-09 nlin.PS
Spatiotemporal discrete multicolor solitons
我们在二次非线性波导阵列中发现了各种二维时空孤子族。非交错奇，偶和扭曲的固定解决方案的家庭彻底的特点和他们的稳定性对扰动进行了研究。我们发现，扭转和偶解显示不稳定性，而大多数奇孤子显示出显着的稳定性演化。
2004-10-24 nlin.PS
Spatiotemporal dissipative solitons and vortices in a multi-transverse-mode fiber laser
介绍了一种多模光纤激光器的时空锁模模型，该模型基于（3+1）维五次复Ginzburg-Landau方程（cGLE），该方程具有保守非线性和耗散非线性以及二维横向俘获势。系统的数值分析揭示了各种稳定的非线性模式，包括稳定的基本孤子和呼吸子，以及孤立涡与缠绕数$n=1$，而与$n=2$的涡是不稳定的，分裂成持续旋转的两个单一的涡的束缚态。该系统的一个特征是基本时空孤子和涡旋时空孤子之间的双稳态。
2019-11-27 nlin.PS physics.optics
Spatiotemporal solitary modes in a twisted cylinder waveguide pipe with the self-focusing Kerr nonlinearity
研究了自聚焦克尔非线性作用下空心扭曲圆柱波导管中的时空孤波。在第一转动布里渊区中发现了三种常见的孤立子模，一种属于零谐波（0H），另外两种属于一次谐波（1H）。0H孤子模可以称为准一维时间孤子。它们的特性仅取决于能量流。1H孤波模可以称为准二维子弹，其宽度比波导的角域窄得多。与0H模相比，1H孤立模的特性取决于它们的能量流和波导的旋转速度。数值计算表明，当能量流小于\emph{Townes soliton}的阈值范数时，1H孤波模是稳定的。通过双模近似的分析，预测了这两类孤立波的边界。这一预测与数值结果是一致的。我们还分析表明，该系统的1H孤波模可以应用于模拟与一维Rashba自旋轨道（SO）耦合的光学孤波模的非线性动力学。通过SO耦合机制，在此条件下发现了1H孤模的两种简并态：半偶极模和混合模。文中还讨论了这两类孤立子模对之间的碰撞。当两个模的总能流小于或接近\emph{Townes soliton}的阈值范数时，0H孤立模对只表现出弹性碰撞，而1H孤立模对则表现出弹性和非弹性碰撞.
2017-12-10 nlin.PS physics.optics
Transition to spatiotemporal chaos with multiple colliding pulse sequences of the nonlinear Schrödinger equation
Azrieli College of Engineering（阿兹列利工程学院）；Kean University（基恩大学）
该研究针对受扰三次非线性薛定谔方程描述的非线性波导阵列系统，采用广义洛特卡-沃尔泰拉模型，通过数值模拟验证了多碰撞脉冲序列向时空混沌的过渡，两种模型的能量动力学结果一致性极佳。
2026-08-05 nlin.CD nlin.PS
Variational approach to multimode nonlinear optical fibers
本文基于非多项式薛定谔方程方法，推导了渐变折射率多模光纤中Laguerre-Gauss模式的有效一维拉格朗日量，简化了运动方程并求得各模式坍缩的临界功率，同时对比了径向与时间坐标下的稳态模式分布。
2025-01-19 cond-mat.quant-gas nlin.PS physics.optics
