一、研究背景與核心發(fā)現(xiàn)
    在光通信及激光物理的前沿領(lǐng)域，光纖激光器的脈沖調(diào)控機(jī)制一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。亮脈沖與暗脈沖作為脈沖光纖激光器的兩種基礎(chǔ)工作狀態(tài)，其物理特性差異顯著：亮脈沖表現(xiàn)為光強(qiáng)高于連續(xù)波背景的峰值結(jié)構(gòu)，而暗脈沖則呈現(xiàn)為光強(qiáng)低于背景的凹陷狀態(tài)。相較于已被廣泛研究的亮脈沖，暗脈沖因具備抗干擾能力強(qiáng)、傳輸過(guò)程中自愈合特性顯著等優(yōu)勢(shì)，在長(zhǎng)距離光通信、精密光學(xué)測(cè)量等領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的應(yīng)用潛力。
    西北工業(yè)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院曾超副教授團(tuán)隊(duì)近期在《OpticsExpress》（Vol.33,No.4,2025）發(fā)表重要研究成果，首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)在摻鉺光纖激光器中觀測(cè)到四色暗-亮脈沖捕獲現(xiàn)象。研究表明，四種不同波長(zhǎng)的亮脈沖與暗脈沖在激光腔內(nèi)通過(guò)非線性相互作用，可自發(fā)簡(jiǎn)并為具有典型雙色特征的暗-亮脈沖對(duì)；同時(shí)，在頻域內(nèi)呈現(xiàn)出可切換的鏡像對(duì)稱特性（亮-暗-暗-亮或暗-亮-亮-暗狀態(tài)）。這一發(fā)現(xiàn)突破了傳統(tǒng)多色脈沖模式的認(rèn)知邊界，為光場(chǎng)自組裝機(jī)制的研究提供了全新的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

    二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)
    研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了基于ITO-D形光纖可飽和吸收體的被動(dòng)鎖模摻鉺光纖激光系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)裝置由3.8米摻鉺光纖（群速度色散為-18.5ps·nm?¹·km?¹）與15米單模光纖（色散為17ps·nm?¹·km?¹）組成，系統(tǒng)凈腔色散為-0.24ps²。通過(guò)磁控濺射工藝，在色散位移光纖表面沉積厚度為68.7nm的氧化銦錫（ITO）薄膜，制備出高性能可飽和吸收體。該器件具有3.0%的調(diào)制深度、83.5%的非飽和吸收損耗及7.27MW/cm²的飽和峰值功率密度，兼具低飽和強(qiáng)度與高脈沖損傷閾值特性，能夠有效啟動(dòng)鎖模過(guò)程并增強(qiáng)交叉相位調(diào)制（XPM）效應(yīng)。
    腔內(nèi)配置偏振不敏感隔離器以確保單向運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過(guò)光纖偏振控制器優(yōu)化鎖模狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)采用波分復(fù)用器實(shí)現(xiàn)976nm激光二極管對(duì)摻鉺光纖的泵浦，利用20:80光耦合器完成腔內(nèi)激光的提取與測(cè)量。觀測(cè)到的四個(gè)光譜峰分別位于1570.91nm、1571.95nm、1591.25nm和1592.35nm，呈現(xiàn)典型的雙M型光譜特征，表明不同波段脈沖通過(guò)XPM效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了時(shí)域捕獲與簡(jiǎn)并。

    三、現(xiàn)象解析與物理機(jī)制
    1.時(shí)域簡(jiǎn)并特性與頻域鏡像對(duì)稱性
    四色脈沖在時(shí)域中通過(guò)非線性相互作用實(shí)現(xiàn)相互捕獲，最終退化為單一暗-亮脈沖對(duì)，其94ns的脈沖間隔與激光腔往返時(shí)間一致，暗脈沖與亮脈沖的寬度分別為4.1ns和5.5ns。在頻域內(nèi)，兩波段脈沖狀態(tài)呈現(xiàn)嚴(yán)格的鏡像對(duì)稱性：同一波段內(nèi)相鄰波長(zhǎng)的脈沖狀態(tài)相反（亮-暗或暗-亮），而兩波段之間形成整體對(duì)稱結(jié)構(gòu)（亮-暗-暗-亮↔暗-亮-亮-暗）。通過(guò)腔內(nèi)偏振控制器可實(shí)時(shí)切換對(duì)稱狀態(tài)，揭示了脈沖顏色與狀態(tài)之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。
    2.交叉相位調(diào)制的主導(dǎo)作用機(jī)制
    實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，帶內(nèi)（同波段不同波長(zhǎng)）與帶間（不同波段）的暗-亮脈沖通過(guò)交叉相位調(diào)制產(chǎn)生相位耦合，有效克服了腔色散導(dǎo)致的約11.3ps/腔往返的時(shí)間走離效應(yīng)，形成穩(wěn)定的脈沖束縛態(tài)。此外，正交偏振分量間的XPM效應(yīng)促使偏振疇壁脈沖的產(chǎn)生，表現(xiàn)為兩偏振態(tài)的脈沖狀態(tài)完全相反，進(jìn)一步驗(yàn)證了多維度非線性相互作用的協(xié)同機(jī)制。該過(guò)程符合耦合高階非線性薛定諤方程的理論預(yù)測(cè)，表明XPM效應(yīng)是驅(qū)動(dòng)多色脈沖自組裝的核心物理機(jī)制。

    四、科學(xué)意義與應(yīng)用前景
    本研究首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了多色暗-亮脈沖通過(guò)交叉相位調(diào)制自組裝為簡(jiǎn)單脈沖對(duì)的可行性，拓展了光纖激光器中脈沖模式的物理內(nèi)涵。相較于傳統(tǒng)雙色脈沖系統(tǒng)，四色體系展現(xiàn)出更豐富的狀態(tài)切換能力與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為光通信中的多信道信號(hào)編碼、光學(xué)信息處理中的復(fù)雜光場(chǎng)生成提供了全新的技術(shù)路徑。此外，ITO-D形光纖可飽和吸收體的低功耗特性與高兼容性，為集成化多色激光器的工程化研發(fā)奠定了重要基礎(chǔ)。
    未來(lái)研究中，通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控腔內(nèi)色散、偏振態(tài)及濾波特性，有望實(shí)現(xiàn)五色及以上脈沖系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出，推動(dòng)光場(chǎng)時(shí)空調(diào)控技術(shù)向更高維度發(fā)展。該成果不僅深化了對(duì)非線性光學(xué)中多色脈沖相互作用的理論認(rèn)知，也為新型激光器件的設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)支撐與研究范式，在光通信、光學(xué)精密測(cè)量等領(lǐng)域具有重要的科學(xué)價(jià)值與應(yīng)用潛力。