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针对锁模激光器和非线性微谐振器中多脉冲相互作用难控的问题，研究人员提出通过光谱相位编程定量调控光纤激光器中多孤子的方法，实现了间隔为常数、几何或算术序列的孤子模式生成，结合光谱滤波获得双色孤子模式，为光通信等领域提供新途径。
论文解读
在非线性光学与超快科学领域，超短激光脉冲（如飞秒级脉冲）是研究光与物质相互作用的核心工具。锁模激光器和非线性微谐振器中普遍存在多脉冲振荡现象，可形成孤子分子、孤子晶体等独特结构。然而，这些非线性波包间的近程与远程相互作用对系统参数高度敏感，导致多脉冲特性难以定量控制，严重制约了其在高速光通信、材料加工等领域的应用。如何精准调控多孤子的时空分布，成为该领域长期以来的关键挑战。
为解决这一难题，西北工业大学（中国）物理科学与技术学院的研究团队开展了深入研究。他们提出一种基于腔内光谱相位编程的普适方法，实现了对锁模光纤激光器中多孤子模式的按需定制。相关成果发表于《Nature Communications》，为非线性光学系统中多脉冲的调控提供了全新范式。
关键技术方法
研究主要采用以下技术：
- 可编程脉冲整形技术：通过在激光腔内引入周期性三角光谱相位或抛物相位，调控脉冲光谱的相位分布，基于傅里叶变换位移定理，在时域生成离散子脉冲。
- 光谱滤波技术：结合双通道带通滤波器，实现双色孤子模式的分离与同步。
- 数值模拟：利用广义非线性薛定谔方程（GNLSE）结合集总传输模型，模拟孤子的演化过程及相互作用机制。
研究结果
1. 双脉冲孤子模式
在泵浦功率 35 mW 下，通过施加周期性三角光谱相位，成功生成间隔受相位周期调控的双脉冲孤子模式。实验表明，当相位周期从 0.2 THz 降至 0.015 THz 时，孤子间隔从 5 ps 增至 66.67 ps，且与群延迟 τ 无关，验证了光谱相位调制的主导作用。数值模拟显示，子脉冲与孤子相互作用形成势阱，捕获孤子至预定位置，模拟结果与实验高度吻合。
2. 等间距序列孤子模式
单一相位周期下，通过提高泵浦功率，可获得含 3-4 个孤子的等间距模式，间隔约 18-19 ps，接近理论预测值。模拟显示，随着增益饱和能量增加，种子脉冲逐步演化为稳定孤子，证实光谱相位诱导的势阱可有效捕获多孤子，为孤子晶体的生成提供了可能。
3. 几何 / 算术序列孤子模式
通过叠加多个不同周期的三角相位，实现了间隔遵循几何或算术序列的多孤子模式。例如，四脉冲几何序列孤子间隔为 10.36、22.29、42.02 ps，五脉冲算术序列间隔为 12.19、17.37、20.75、23.52 ps。模拟表明，子脉冲干涉形成非等间距势阱，驱动孤子稳定分布，验证了该方法对任意分布模式的调控能力。
4. 双色孤子模式
结合三角相位与抛物相位，利用光谱滤波技术，生成了时域同步、频域分离的双色孤子模式。两组孤子分子（波长分别为 1540.85 nm 和 1545.93 nm）通过群延迟补偿重叠，形成具有调制结构的双色模式，在超快光谱与双梳测距中具有潜在应用价值。
结论与讨论
本研究通过光谱相位编程，在光纤激光器中实现了多孤子模式的定量调控，揭示了子脉冲 - 孤子相互作用形成势阱的物理机制。与传统增益调制、偏振优化等方法相比，该技术无需引入额外损耗，可直接建立控制参数与脉冲间隔的函数关系，尤其适用于≥3 个孤子的复杂模式调控。实验与模拟表明，光谱相位诱导的势阱深度显著大于色散波诱导的势阱，在近零色散区域可进一步提升调控精度。
该成果不仅拓展了对非线性波包相互作用的物理认知，还为光通信中的多通道数据编码、激光加工中的高精度 ablation（烧蚀）提供了新工具。例如，定制化孤子模式可实现非互易超快激光写入，或通过 “NPU” 等信息编码验证数据存储潜力。此外，该方法在微谐振器、固体激光器等系统中的扩展性，为合成复杂频率梳、探索耗散结构（如非对称呼吸子）奠定了基础，有望推动超快科学与光子技术的跨学科发展。
