Principal modes in fiber amplifiers
介绍了单模和多模光纤放大器中偏振态的动力学特性。实验结果表明，虽然改变光纤放大器的温度会使输出端的偏振态在很大范围内发生变化，但当采用单模光纤放大器的主偏振态和多模光纤放大器的主模时，这种变化会显著减小。
2010-12-07 physics.optics
Wavefront Shaping of the Pump in Multimode Fiber Amplifiers; The Gain-Dependent Transmission Matrix
波前整形技术允许控制光通过许多类型的散射或复杂介质的传输，其中包括多模光纤。多模光纤也是一种增益介质，由于不仅可以对介质放大的信号光进行波前整形，而且可以对介质内吸收的泵浦光进行波前整形，因此多模光纤的情况呈现出进一步有趣的控制前景。如果用于泵浦的光波是相干的，则其在注入之前的整形将影响放大器体积内的复杂的、散斑状的激发空间图案，这又将作为非均匀增益作用于信号。我们引入了一个新的理论模型，它捕获的基本特征的多模放大光纤泵浦相干光束与可配置的模式内容，允许增益相关的传输矩阵的计算。我们数值实现我们的模型，以探索在何种程度上可以控制放大的光在空间域，通过塑造泵;我们展示了一种重要的操纵能力，以及几种限制它的有趣的物理机制。特别是，我们展示了如何考虑到交叉-光纤内所有导模之间的贡献对于理解对泵浦整形选择的信号灵敏度的整个范围是必不可少的。
2019-11-18 physics.optics
Theory of Transverse Mode Instability in Fiber Amplifiers with Multimode Excitations
该研究推导了任意多模激励下光纤横模不稳定性（TMI）阈值的半解析理论，揭示多模激励下热光短程耦合可降低噪声增长率，证实TMI阈值随激励模式数线性提升且该规律适用于不同结构光纤。
2024-07-12 physics.optics
Spatial beam self-cleaning in tapered Yb-doped GRIN multimode fiber with decelerating nonlinearity
我们实验证明了空间光束自清洁在掺镱渐变折射率多模光纤锥，无论是在被动和主动配置。注入1064 nm的输入激光束，用于从锥体的小芯侧传播到大芯侧，其中激光二极管以反向配置泵浦。克尔效应允许在没有伴随频率转换的情况下获得高光束质量放大。因此，我们的非线性锥形放大器可以为多模光纤激光器和放大器提供重要的构建模块。
2019-12-31 physics.optics
Side-polished Silica-Fluoride Multimode Fibre Pump Combiner for Mid-IR Fibre Lasers and Amplifiers
本研究提出一种无熔接侧面抛光石英-氟化物多模光纤泵浦合束器，解决了石英与氟化物光纤热性能差异的制造局限，实现了超80%耦合效率并成功应用于Er掺杂中红外光纤激光器。
2024-05-13 physics.optics
Gain As Configurable Disorder-Adaptive Pumping for Control of Multimode Fiber Amplifiers and Lasers
具有光学增益和无序的介质，如随机激光器，由于其内部光传播的高度复杂性，代表了作为研究主题的巨大挑战;然而，将波前整形技术应用于泵浦系统的光束的范例已经提供了在这个新生领域的巨大进步。我们在这里提出了一个理论和实验研究，采用这种方法在增益介质中的障碍，而不是从随机散射，而是从多模波导：放大多模光纤。纤芯引导泵在其注入之前的成形影响光纤体积内的复杂的散斑状激发图案。因此，我们提供了一个有趣的前景操纵的空间异质增益的系统中的障碍，虽然非常复杂，可以完全理解的离散本征模的一个众所周知的波导。我们在两种不同的配置中研究我们的介质：作为光放大器和作为光纤激光器。在第一种配置中，我们表明，依赖于泵的配置，放大器的传输函数，令人惊讶地生存的几个物理机制，乍一看似乎严重限制它。这种见解，然后进行到激光腔配置，在那里我们发现惊人的相似之处之间的行为的系统和随机激光器;更重要的是，泵浦整形显示出控制复合发射的强大能力，特别是选择性地支持单个谱线和稳定单模操作的能力。
2020-08-07 physics.optics
Integrated cladding-pumped multi-core, few-mode erbium-doped fibre amplifier for space-division multiplexed communications
空分复用（SDM），其中多模式和多芯光纤中的多个空间信道用于增加每根光纤的总传输容量，正在研究以避免数据容量紧缩并降低每传输比特的成本。随着SDM传输实验中采用的信道数量持续增加，需要可扩展的集成SDM组件。在这里，我们展示了包层泵浦SDM掺铒光纤放大器（EDFA），由六个非耦合多模掺铒光纤芯。每个纤芯支持三种空间模式，这使得EDFA能够用单个泵浦二极管同时放大总共18个空间通道，其复杂性类似于单模EDFA。该放大器在C波段上提供每核超过20 dBm的总输出功率和低于7 dB的噪声系数。这种包层泵浦的掺铒光纤放大器能够在多个多模光纤跨度上实现空分和波分复用的组合传输。
2017-03-19 physics.optics
Spatial Beam Self-Cleaning and Supercontinuum Generation with Yb-doped Multimode Graded-Index Fiber Taper Based on Accelerating Self-Imaging and Dissipative Landscape
我们实验证明了空间光束自清洁和超连续谱的产生在锥形掺镱多模光纤具有抛物线芯折射率和掺杂分布时，1064 nm的脉冲光束传播从较宽（120微米）到较小（40微米）直径。在无源模式下，将输入光束峰值功率增加到20 kW以上会导致钟形输出光束轮廓。在有源配置中，来自泵浦激光二极管的增益允许将光束自清洁与520-2600 nm之间的超连续谱产生相结合。通过逐渐减少，我们观察到耗散景观，即，平均射束功率沿MMF的非单调变化导致自清洁射束沿锥形长度的模式转变。
2019-04-05 physics.optics
Stabilization of Spatiotemporal Dissipative Solitons in Multimode Fiber Lasers by External Phase Modulation
在这项工作中，我们介绍了一种稳定时空孤子的方法。这些孤子对应于多模光纤激光器中的光弹、能量可伸缩的波导振荡器和放大器、玻色-爱因斯坦凝聚体中的局域相干图样等。我们证明了由空间横向（径向）抛物线梯度折射率和耗散分布形成的三维限制势，结合二次时间相位调制，可以允许产生稳定的时空耗散孤子。这对应于将相位锁模与分布式克尔透镜锁模相结合。我们的孤子特性和稳定性的研究是基于广义耗散Gross-Pitaevskii方程的解析解和数值解。这种方法可以导致在多模光纤激光器、波导振荡器和弱耗散玻色-爱因斯坦凝聚体中形成的相干时空光束结构中获得更高的能量（或凝聚体质量）。
2022-08-11 nlin.PS physics.optics
Distributed Kerr-Lens Mode-Locking Based on Spatiotemporal Dissipative Solitons in Multimode Fiber Lasers
介绍了多模光纤激光器中稳定时空孤子的形成机制。这是基于空间梯度耗散，导致分布式克尔透镜锁模。我们的分析涉及广义耗散Gross-Pitaevskii方程的解决方案。该方程在非线性物理学中有广泛的应用，包括非线性光学、时空图案形成、等离子体动力学和玻色-爱因斯坦凝聚体。我们证明，耗散和非耗散物理机制的精心控制的结果在稳定的（2+1）维耗散孤子的自出现。实现这样一种状态并不需要任何额外的耗散非线性的存在，如激光器中的锁模器，或玻色-爱因斯坦凝聚体中的非弹性散射。我们的方法允许通过相干局域结构（例如超短激光脉冲或玻色-爱因斯坦凝聚体）获得稳定的能量（或“质量”）。
2020-07-10 nlin.PS physics.optics
Bistability in spatiotemporal mode-locking with dynamic multimode gain
本文在广义多模非线性薛定谔方程框架下研究STML多模光纤激光器的动态多模增益模型，揭示了由多模增益效应和时空可饱和吸收主导的两种工作状态，实验首次验证了后者的3D耗散孤子双稳态及多模增益整形机制。
2024-07-30 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
Complete Polarization Control in Multimode Fibers with Polarization and Mode Coupling
多模光纤在通信、成像、高功率激光器和放大器中的应用越来越广泛。然而，固有的缺陷和环境扰动会导致随机偏振和模式混合，使得输出偏振态与输入偏振态非常不同。这对采用偏振敏感技术来控制光纤探针远端处的光-物质相互作用或非线性光学过程提出了严重的问题。在这里，我们证明了一个完整的控制所有输出通道的偏振态，只操纵空间波前的激光束进入光纤。通过波前整形产生各个输出通道的任意偏振态，而不需要对输入偏振进行约束。多模光纤中的空间自由度和偏振自由度之间的强耦合使得能够仅利用空间自由度进行完全偏振控制，从而将多模光纤转换为高效的可重构波片矩阵。
2017-12-24 physics.optics
Optimal gain sensing of quantum-limited phase-insensitive amplifiers
相位不敏感光放大器均匀地放大输入场的每个正交，并且具有基础和技术重要性。我们发现量子限制的相位不敏感的光放大器的增益估计的精度上的量子限制，使用多模探针，也可能是纠缠与辅助系统。与损失参数的感测形成鲜明对比的是，发现探针的平均光子数$N$和输入模式数$M$是用于最佳增益感测的等效且可互换的资源。所有的纯态探针，其约化状态的放大器的输入模式是对角的多模数的基础上被证明是量子最优的相同的增益无关的测量下。我们比较了使用经典探针实现的最佳精度，量子探针的显式光子计数为基础的估计器的性能，并表明即使对于单光子探针和低效的光电探测也存在优势。两个产品放大器通道之间的能量约束的Bures距离的封闭形式的表达式也来自。
2022-04-10 physics.optics quant-ph
Spatial beam self-cleaning in multimode fiber
由于迫切需要克服单模光纤系统的当前容量紧缩以及多模复杂非线性光学的最新进展，多模光纤正受到重新关注[1-13]。在这项工作中，我们证明了标准多模光纤可以用作超快全光学工具，用于高功率激光脉冲的横向光束操纵。我们的实验数据表明，在梯度折射率多模光纤的克尔效应是克服斑点失真的驱动机制，导致有点反直观的效果，导致在空间上干净的输出光束对光纤弯曲鲁棒。我们的观察表明，即使在没有诸如受激散射（拉曼或布里渊）之类的耗散过程的情况下，也可以实现将非线性光束整形为多模光纤的基模[14，15]。
2017-12-17 physics.optics
Phonon-phonon interaction as a control knob for multimode splitting in a two mirror parametrically assisted optomechanical cavity
Ministry of Education Key Laboratory for Nonequilibrium Synthesis and Modulation of Condensed Matter, Shaanxi Province Key Laboratory of Quantum Information and Quantum Optoelectronic Devices, School of Physics, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学物理学院）
研究双镜参数辅助光学机械谐振腔中声子-声子耦合对正常模式谱的影响，发现有限的声子-声子耦合能分辨第三共振峰。
2026-04-06 physics.optics
Truncated correlation hierarchy schemes for driven-dissipative multimode quantum systems
我们提出了一种描述驱动耗散多模系统的方法，通过考虑截断的关联函数方程族。我们考虑了两种在关联阶上具有整体截断的层次截断方案，关联阶是参与关联函数的算符的指数之和：对应于真空周围展开的“硬”截断，适用于每个格点激发数很小的区域;对应于相干态周围的扩展的“软”截止，其可以应用于每个位点的大激发数。应用这种方法描述了光子系统中的驱动耗散玻色-哈伯德模型中的聚束-反聚束跃迁。结果已成功地基准比较的基础上的角空间重整化方法在1D和2D系统的计算。本截断方法的有效性和强度的制度进行了批判性的讨论。
2016-05-03 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
All-fiber all-normal-dispersion femtosecond laser with nonlinear multimodal interference based saturable absorber
在这封信中，我们展示了第一个全光纤全正常色散掺镱振荡器与非线性多模干涉为基础的可饱和吸收体能够产生超短耗散孤子脉冲。除了用作可饱和吸收体之外，在单模光纤之间使用多模光纤段还确保了通过获得耗散孤子锁模所必需的多模干涉再成像的带通滤波。该振荡器产生了平均功率为5.8 mW、脉宽为5 ps、重复频率为44.25 MHz的1030 nm耗散孤子脉冲。脉冲通过外部光栅压缩器去啁啾到276 fs。全光纤腔体设计确保了高稳定性，射频频谱中测得$\sim$ 70 dB边带抑制。数值模拟进行调查腔动力学和获得的结果与实验观察相匹配。该腔为实现全光纤耗散孤子锁模提供了一种简单、低成本的方法。
2018-01-17 physics.optics
Optimal input excitations for suppressing nonlinear instabilities in multimode fibers
本文将多模光纤中SBS与TMI抑制建模为相干输入激励优化问题，提出基于线性规划的全局最优求解方法，理论上实现约一个数量级的输出功率提升。
2024-07-06 physics.optics
Experimental demonstration of multimode microresonator sensing by machine learning
实验研究了一种基于自干涉微谐振腔的多模微腔传感器。所提出的多模传感方法是通过记录由多个谐振模式组成的宽带传输谱来实现的。它不同于以往的耗散传感方案，其目的是测量微腔中单个谐振模式的传输深度变化。这里，通过结合耗散感测机制和机器学习算法，可以有效地融合从宽带频谱中提取的多模感测信息以估计目标参数。多模传感方法是免疫激光频率噪声和鲁棒性对系统的缺陷，因此我们的工作提出了一个伟大的一步，实际应用的微腔传感器的研究实验室之外。通过调节芯片上微加热器两端的电压，使其通过热光效应对透射率产生影响。作为原理验证实验，通过多模式感测方法检测电压。实验结果表明，在较大的测量范围内，通用回归神经网络的多模传感检测限降低到单模传感检测限的6.7%。
2020-10-04 physics.app-ph physics.optics
Spatial dissipative solitons in graphene-based active random metamaterials
我们研究了石墨烯基有源超材料的耗散非线性动力学，该材料由随机分散的石墨烯纳米片嵌入外部泵浦增益介质中组成。我们观察到，石墨烯饱和非线性产生亚临界分岔的非线性模式，使自组织的辐射到几个不同的拓扑电荷耗散孤子结构。我们系统地研究了这种非线性波的存在域及其时空动力学，发现孤子涡旋是不稳定的，从而使自组织成单个耗散结构与消失的拓扑电荷，独立的石墨烯纳米片的形状。我们的结果揭示了自组织的相干辐射结构在无序系统和相关的未来的无腔激光器和放大器的设计。
2022-01-12 physics.optics
Dissipative Kerr solitons in a photonic dimer on both sides of exceptional point
例外点是一个普遍存在的概念，广泛存在于由非厄米哈密顿描述的驱动耗散耦合系统中。它的特点是哈密顿量的特征值的退化和相应的特征向量的合并。最近的发展表明，例外点可以在光子学中发挥重要作用。然而，到目前为止，例外点已被广泛研究的系统中只支持几个光学模式，从而离开集体（多模）效应的研究范围之外的观察。本文分析了例外点在非线性多模光子学中的作用。具体而言，我们提供的见解复杂的非线性动力学中产生的连续波驱动对强耦合的非线性微谐振器（即非线性光子二聚体）在多模制度。调查这个系统，这是已知的具有例外点，我们发现两个根本不同的非线性操作制度对应于有效的宇称时间对称和破宇称时间对称状态。我们证明，光子二聚体可以临界耦合到总线波导，从而提供了一个有效的产生的耗散克尔孤子的两侧的例外点。宇称时间对称的情况下，它对应于一对对称分裂的共振，最近已被证明表现出各种涌现的现象，包括齿轮孤子产生，对称性破缺，和孤子跳跃。在宇称时间对称破缺的情况下，耗散孤子的产生导致耗散分裂，迄今为止还没有被研究。
2021-01-22 nlin.PS physics.optics
Quadrature-Dependent Lattice Dynamics of Dissipative Microcombs
本文探索了由耗散Kerr微梳驱动的真空涨落晶格动力学，通过设计光子芯片并利用集成微加热器调节真空涨落消除振荡，建立了非厄米晶格对称性与Kerr梳的联系。
2025-05-03 physics.optics quant-ph
Dissipative structures in optomechanical cavities
由于对多模光机械器件的特性越来越感兴趣，本文研究了一个大面积光腔的驱动模与可变形机械元件耦合的系统。两种不同的模型自然出现在这样的情况下，我们预测的周期性图案，局域结构（腔孤子），和畴壁，以及其他复杂的非线性现象的形成。此外，我们提出了一个现实的设计内腔膜的基础上，我们的模型可以进行实验研究。除了它的相关领域的非线性光学，这里提出的结果是一个必要的一步，了解量子特性的光机系统在多模制度的光学和机械自由度。
2015-06-21 nlin.PS physics.optics quant-ph
Reconfigurable generation of high-power structured light via nonlinear beam shaping
Yale University（耶鲁大学）；Sci Lase；University of Twente（特温特大学）；MESA+ Institute for Nanotechnology（MESA+纳米技术研究所）；University of Bath（巴斯大学）
本文提出了一种基于非线性光束成形的高功率结构光生成方法，通过低功率种子光的全场控制，实现了从高功率多模光纤激光放大器中生成多种结构光束，如高斯光束、贝塞尔光束、矢量光束和轨道角动量光束，并展示了该方法在高功率下的实时可编程性和可扩展性。
2026-05-19 physics.optics
Break the efficiency limitations of dissipative Kerr soliton using nonlinear couplers
本文提出利用非线性耦合器通过非线性能量转换间接维持耗散克尔孤子，实现功率自适应有效耦合率并匹配系统总耗散，突破传统泵浦方法的效率限制，在氮化铝微环中预测转换效率超过90%。
2022-03-16 physics.optics
Bose-Einstein condensation of an optical thermodynamic system into a solitonic state
本文通过实验证明耗散双核光纤中的光束自清洁可类比稀薄气体玻色-爱因斯坦凝聚，由Gross-Pitaevskii方程支配并趋向Townes孤子解，揭示耗散过程对高效BSC的关键作用。
2024-05-22 nlin.PS physics.optics
Nonlinear Quantum Behavior of Ultrashort-Pulse Optical Parametric Oscillators
从理论上研究了超短脉冲光参量振荡器（OPO）在阈值附近和阈值以上非线性区的量子特性。将脉冲OPO看作一个多模开放量子系统，严格推导了一个具有多腔非线性耦合的一般输入输出模型（即，系统）信号模式和宽带单程（即，水库）泵场。在适当的假设下，我们的模型产生了一个Lindblad主方程与多模非线性Lindblad运营商描述双光子耗散和多模四波混频哈密顿描述一个宽带，色散光学级联，我们需要保持因果关系。为了简化模型的多模复杂性，我们采用了超模分解进行数值模拟的制度，脉冲超模经历强单光子非线性。我们发现，量子非线性动力学诱导泵浦耗尽以及修正的阈值以下压缩谱预测的线性模型。我们还观察到非高斯态的形成与维格纳函数的负性，并表明，与泵，耗散和色散的多模相互作用，可以作为有效的退相干通道。最后，我们简要地讨论了一些实验考虑潜在的观察这种量子非线性现象的超短脉冲OPO的非线性纳米光子平台。
2022-04-18 physics.optics quant-ph
Dissipative light bullets in a doped and weakly nonlocal optical fiber
本文提出扩展的(3+1)维非局域复Ginzburg-Landau方程描述光纤放大器中耗散光弹动力学，利用变分技术推导耦合常微分方程组并建立稳定性判据，通过直接积分展示了稳定的自组织时空光弹。
2023-05-18 nlin.PS physics.optics
Dissipative coupling induced phonon lasing with anti-parity-time symmetry
声子激光器作为光子激光器的对应物，在各种各样的系统中得到了广泛的研究，然而，大多数都是基于直接相干泵浦。在激光器中，损耗是影响增益的一个不利因素。在这里，我们证明了一个新的机制，声子激光从耗散耦合多模光机系统。通过精确地设计两个膜的耗散和调谐腔光的强度调制，中间的两个膜系统显示出反宇称时间（反PT）对称性，并且两个纳米机械谐振器之间的腔介导的相互作用变得纯粹耗散。能级吸引和阻尼排斥作为耗散耦合的特征清晰地表现出来。在异常点之后，非厄米相变，其中本征值和相应的本征模合并，通过增加相互作用强度超过临界值（阈值），两个声子模被同时激发到自持振荡区。与传统的声子激光器形成鲜明对比的是，二阶声子相关的测量揭示了在非激射制度中的振荡和双指数阶段以及在激射制度中的相干阶段。我们的研究为研究非厄米开放系统中的声子激光提供了一种新的方法，可以应用于光学、声学和量子多体物理等广泛的学科。
2021-10-24 physics.optics quant-ph
Emergent Nonlinear Phenomena in a Driven Dissipative Photonic Dimer
涌现现象是自然界中普遍存在的现象，指的是复杂非线性系统中空间、时间或时空的斑图形成，这种现象在单粒子水平的微观描述中是不包含的。例子从量子和经典多体系统中物质的新相，到星系形成或神经动力学。两个特征现象是超过特征相互作用长度的长度尺度和自发对称性破缺。集成光子学的最新进展表明，在复杂耦合非线性光学系统中研究出射现象是可能的。在这里，我们证明了一个强耦合（“二聚体”）对光子集成克尔微谐振器，在“单粒子”（即个别谐振器）水平产生很好理解的耗散克尔孤子的平衡驱动，表现出涌现的非线性现象。通过探索二聚体相图，我们发现了意想不到的，因此不可预测的制度孤子跳跃，自发对称性破缺，并定期出现（中）相称色散波。这些现象不包括在单粒子的描述和有关的杂化超模之间的参数频率转换。此外，通过电控制超模杂交，我们实现了二聚体孤子和色散波之间的光谱干涉图案的宽调谐性。我们的研究结果提供了第一个关键的一步，对孤子网络和多模晶格中涌现的非线性现象的研究。
2020-05-23 nlin.PS physics.optics
Noise immunity in quantum optical systems through non-Hermitian topology
本文揭示非线性驱动耗散量子光学系统中由非厄米趋肤效应导致的噪声单向流动，提出利用非互易拓扑实现噪声免疫的设计原理。
2025-03-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonlinear optical pulses in media with asymmetric gain
本文提出一种描述非对称增益介质中光脉冲传播的新模型，推导了浅水方程的耗散光学修正形式，揭示了非对称光脉冲在不发生波浪破碎时积累大非线性相位的特性，对非线性光纤放大器设计具有重要意义。
2023-06-23 nlin.PS physics.optics
Noncritical generation of nonclassical frequency combs via spontaneous rotational symmetry breaking
同步泵浦光参量振荡器（SPOPO）是一种含有非线性晶体的光学腔，能够将频率梳下变频到较低的频率。这些最近受到了很多关注，因为它们固有的多模性质使它们成为紧凑的量子相关光源，在现代量子信息技术中具有很好的应用前景。在这项工作中，我们表明，SPOPO也能够访问具有挑战性的，但有趣的制度，其中自发对称性破缺在发射光的量子特性中起着至关重要的作用，难以访问与任何其他非线性光学腔。除了打开实验研究这个难以捉摸的制度的耗散相变的可能性，我们的预测将有实际的影响，因为我们表明，自发对称性破缺提供了一个特定的时空模式与完美的压缩系统参数的任何值，把SPOPO到强大的高度非经典光高于阈值的来源。
2016-11-20 physics.optics quant-ph
