超快光学实验室简介

发布时间：2021-09-22 ，

超快光学实验室简介

北京大学信息工程学院超快光学实验室成立于2012年，专注于超快光学的研究工作。实验室负责人是李倩副教授，博士生导师, 广东省特支计划科技创新青年拔尖人才，深圳市海外高层次孔雀计划B类人才，深圳市南山区领航B类人才，深圳市高层次后备级人才，IEEE 高级会员，OSA高级会员。已在国际期刊和会议上发表SCI/EI收录论文160余篇，其中JCR一区二区期刊论文50余篇。

超快光学是与超快现象相关的光学，这些现象发生在皮秒甚至更短的时间尺度内。超快光学在精密加工，生物医疗等方面的重要应用而受到了广泛的关注。实验室近年来开展的研究工作主要包括：光纤激光器，超连续光源，脉冲压缩方法以及ENZ材料的非线性应用等超快光学的研究工作。迄今为止，已在光学领域顶级刊物Photonics Res., Opt. Lett., Opt. Express, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron.和IEEE J. Lightwave Technol.,上发表多篇论文。实验室目前拥有助理研究员1人，在读博士生2人和在读硕士生14人。实验室累计培养毕业生二十余名，毕业生去向：1）国内外著名高校深造：如北京大学，清华大学，洛桑联邦理工学院，香港理工大学，香港城市大学；2）国内科技巨头，如华为，字节跳动，普联技术等；3）选调生。

光纤激光器

光纤激光器（Fiber Laser）被广泛用于工业、医疗以及科学研究等领域，是研究超短脉冲和脉冲动力学的有力工具。我们在光纤激光器方面的工作主要有：

1.新型种子源

（1）实现了一种全保偏、具有不同相位偏置的NALM锁模、掺铒的锁模光纤激光器，主要研究了三种不同相位偏置下光纤振荡器的自启动阈值和相位噪声。

（2）实现了一种全保偏、NPE锁模、掺铒的光纤锁模激光器。通过在NPE中加入相移器，实现了自启动锁模，产生了重复频率为115 MHz的超短脉冲。

（3）实现了一种新型、紧凑、全保偏、NPE锁模的光纤激光器，133 MHz重复频率。

2.类噪声脉冲（NLP）

（1）首次在NALM锁模的九字腔光纤激光器中观测到了暗矩形NLP，通过增强腔内非线性和双折射效应，在净反常色散区产生了暗矩形NLP的基次谐波和高次谐波。

（2）实验研究了被动锁模光纤激光器中多孤子模式NLP的动力学特性，包括矩形NLP向高斯型NLP的转换、单尺度孤子簇、高次谐波锁模和局域混沌多脉冲。

（3）首次在一个带有三维可旋转的PBS的NPE锁模光纤激光器中观察到准相干NLP。

（4）通过在被动锁模光纤激光器内加入数百米的高非线性光纤，实验证明了从矩形NLP中释放的各种低振幅子脉冲的存在。

3.实验仿真

（1）通过调节偏振角实现了暗-亮孤子的转换。

（2）在NPE锁模光纤激光器中，产生了367 fs脉宽和18 nm谱宽的色散管理孤子。

（3）对重频为133 MHz 的线性光纤激光器进行了相应的模拟研究。

近三年发表SCI期刊论文7篇和国际会议论文多篇，主要成果如下：

[1] Opt. Lett. 46, 1305–1308 (2021).

[2] IEEE Photon. Technol. Lett., 33, 81–84 (2021).

[3] IEEE Photon. Technol. Lett., 32, 925–928 (2020).

[4] IEEE Photonics Journal 13, 1-10 (2020).

[5] Laser Physics, 30(8), 085104 (2020).

[6] Opt. Express 28, 912–923 (2020).

[7] Opt. Lett. 44, 3717–3720 (2019).

超连续光源

超连续光源拥有宽频谱、高相干性以及高亮度的特性，被形象地称为白光激光。这种宽带光源能够被广泛地应用在光通信的波分复用系统、医学领域的相干断层扫描成像以及计量学中的光谱测量等领域，我们在超连续方面的工作主要有：

1.微弱连续光触发辅助光纤中超连续的产生

（1）连续光触发辅助超连续谱的产生（理论）：加入微弱的连续光触发后，超连续谱的带宽得到了明显的展宽，稳定性方面也得到了很大的提升。

（2）微弱连续光触发辅助超连续的产生（实验）：加入微弱的连续光触发后，超连续谱的宽度获得了明显的展宽，并且在2微米处产生了明显的拉曼孤子。

2.微弱连续光触发辅助硅基波导中超连续的产生

在硅基波导中，超连续谱的产生严重受到双光子吸收、自由载流子吸收等非线性损耗的限制。加入微弱的连续光后，超连续谱的带宽从27 nm增加到96 nm，并保持高的稳定性。

该方向近三年发表SCI期刊5篇和国际会议论文多篇，主要成果如下：

[1] IEEE J. Lightwave Technol. 38, 1506–1512 (2020).

[2] J. Opt. Soc. Am. B 37, 1749-1756 (2020).

[3] Appl. Opt. 59, 8560-8567 (2020).

[4] IEEE J. Lightwave Technol. 38, 1522-1528 (2019).

[5] Opt. Express 27, 12976-12986 (2019).

脉冲压缩方法

脉冲压缩技术是获得超短光脉冲的一种有效方法，其能使时域脉冲变窄，增加单位时间内脉冲能量，产生的超短光脉冲广泛应用于激光加工和光通信系统。我们在脉冲压缩方面的工作主要有：

1.锥形硅波导中自相似脉冲压缩

自相似脉冲压缩具有实现快速压缩以及输出脉冲几乎无基座和无啁啾的优势，在压缩过程中，脉冲宽度可以从1 ps压缩到82.53 fs，压缩倍数是12.08，这对于在集成光通信系统中产生超短光脉冲具有现实意义。

2.锥形硅波导产生高重复率超短脉冲序列

脉冲传播分为脉冲整形和脉冲压缩两个阶段，从上升余弦脉冲序列演化为双曲正割脉冲序列，实现了有效的自相似压缩，为在单片CMOS平台上实现超高容量光通信和微加工的高重复速率脉冲序列提供了可能。

3.不同中心波长脉冲结合与压缩技术

我们提出了五个具有不同中心波长的升余弦光脉冲在色散指数递减的光纤中实现脉冲结合与压缩的方案，方案优势在于压缩脉冲的总能量是输入脉冲总能量的50%，最终实现对不同中心波长多脉冲融合的有效控制以及完成高效压缩。

该方向近三年发表SCI期刊5篇和国际会议论文多篇，主要成果如下：

[1] IEEE J. Lightwave Technol. 39, 4717–4724 (2021).

[2] IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron., 26, 1–8 (2020).

[3] IEEE J. Lightwave Technol. 38, 6932–6938 (2020).

[4] Appl. Opt. 59, E17-E22 (2020).

[5] IOP J. Opt. 21, 085503 (2019).

近零介电常数光子学

近零介电常数(epsilon-near-zero，ENZ)材料是指具有跨过零点的介电常数实部的一类材料。ENZ材料在非线性光学、光子芯片集成、材料科学等研究领域中大放光彩，与此同时在克尔非线性、频率产生与转换、太赫兹等方面的光物理现象和片上光器件应用中的优异表现都吸引着学者们去探索。ENZ材料必将在未来全光集成网络和高速、高宽带、大容量光通信中发挥其优势。我们在ENZ光子学方面的工作主要有：

1.光与物质相互作用研究

首次研究ENZ现象或材料对超短脉冲的响应(图a)，高阶色散，高次谐波(图 b)，ENZ多层膜中(图c)的非线性光学现象等。