兼容太赫兹（THz）传输速率的全光双波长切换技术，用于在高度非线性的双芯光纤中操控超快脉冲

《Optics & Laser Technology》：THz transfer rate compatible all-optical dual-wavelength switching of ultrafast pulses in highly nonlinear dual-core fibers

　　**Sarah Pulikottil, Alex, Mateusz Winkowski, Edgar Kaksis, Ryszard Buczynski, Andrius Baltu?ka, Audrius Pug?lys, Ignác Bugár**
**维也纳技术大学光子学研究所，Gusshausstrasse 27/387，1040 维也纳，奥地利**

**摘要**
我们进行了一项复杂的实验研究，研究了在含有五个非相互作用双核单元的软玻璃纤维中双波长超快脉冲的切换现象。两个具有不同双核不对称性的单元分别展示了1550 nm和1700 nm信号脉冲的明显切换效果，这种切换受到1030 nm控制脉冲的非线性调控。这两个双核单元在切换性能上的差异表明它们可以用于不同的信号处理任务。特别是，其中一个单元表现出显著降低的不对称性，使得在10.5 mm的纤维长度下能够实现高效的全光交叉切换（针对1700 nm信号波长）。通过对实验条件的系统优化，我们发现双核消光比与控制脉冲能量之间几乎呈线性关系，并且在两个信号波长下均获得了一致的光谱结果。此外，THz频率的控制脉冲序列及其与信号脉冲的顺序叠加证实了这种方法在超快信号处理和时间分辨光谱学应用中的潜力。

**1. 引言**
全光信号处理设备通过替换较慢的电子组件，有望大幅提升光通信网络的数据传输速度[1]。其中，全光切换特别适用于实现高级功能，如波分复用互连[2]、[3]和光逻辑门[4]、[5]。已经探索了多种支持超快信号处理的机制，包括在超材料中的相干相互作用[6]、光子晶体纳米腔中的增强非线性[7]以及载有石墨烯的光子导波器[8]。尽管这些系统具有高速、紧凑和低能耗的特点，但其复杂性限制了实际应用。相比之下，基于光纤的方法为现有光纤基础设施内的非线性全光切换提供了一个更简单且易于集成的解决方案[9]、[10]。
沿着D形光学纤维生长的石墨烯已被研究用于通过四波混频（FWM）实现波长转换，其相互作用长度可短至150 μm[11]。同样，集成在光纤端面的金纳米线也实现了飞秒激光诱导的光子学切换，展示了全光逻辑门的功能[12]。这两种方法都利用双波长控制信号方案，其中非线性相互作用导致信号脉冲的光谱发生变化。然而，对于需要在与光谱上相距较远的控制脉冲相互作用时保持信号波长的应用，需要替代机制[13]。
最近的研究展示了通过克尔非线性在非线性环形镜中的双波长交叉切换，使用通过300 km光纤传输的控制脉冲，实现了高达10 Tb/s的切换速率[14]。控制脉冲在反向传播的信号脉冲中引入相位变化，从而在20 m的环路长度内实现输出端口之间的切换，但这种方案的设置较为庞大。另一种基于光纤的方法采用渐变折射率多模光纤，通过与正交偏振脉冲的非线性模间相互作用来提高光束质量[15]。这些方法的共同局限性是需要相对较长的光纤长度才能在不会导致显著信号失真的情况下实现有效的非线性转换。
为了解决这一问题，双核光纤（DCF）架构受到了关注。这类光纤具有两个分离良好但相互作用的导引通道，简化了输入-输出端口的布局。关键在于，耦合（或拍频）长度可以在毫米到厘米范围内进行控制，使得与其他基于光纤的解决方案相比，设备长度显著缩短[16]、[17]、[18]。这重新激发了人们对基于DCF的非线性定向耦合器的兴趣。研究预测了硅基DCF在C带和L带中的参量增益扩展[19]，并在碲化物玻璃DCF中展示了1560 nm处飞秒脉冲的低能耗自切换[20]，以及在硫属化物玻璃DCF中展示了1938 nm处的自切换[21]。在多模和多核硅光纤中也探索了反向传播的1040 nm、0.5 ns信号-控制脉冲的交叉切换，为信号处理提供了灵活的光场控制[10]。
基于我们之前在软玻璃双核光子晶体光纤方面的经验[22]，我们开发了一种全玻璃制成的、具有高度非线性的DCF，其双核对称性得到了改善，从而在信号保持和设备长度方面取得了显著进展。这种新方法实现了高效、低能耗、高对比度的超快脉冲自切换，为新的应用领域打开了大门[23]。这些新型DCF使用热匹配的软玻璃制造：核心采用高非线性的铅硅酸盐（n2 = 4.3×10^-19 m^2/W），包层材料采用硼硅酸盐，从而在近红外区域产生了0.4的折射率对比度。使用第一代DCF实现了1700 nm处的可逆全光自切换，而第二代DCF（SG-DCF）由于双核不对称性的降低，在C带也显示出类似的性能[24]。通过对光纤和输入脉冲参数的优化，在两种情况下都实现了亚纳焦耳级的切换能量操作[24]、[25]。通过双波长方法进一步进行了改进，其中光纤的不对称性通过控制脉冲实现非线性平衡[26]、[27]，从而能够通过交叉相互作用切换更长波长的信号脉冲。最近的一项双波长应用研究表明，在使用类似光纤的C带操作中，仅研究了中心的DC单元，与第一代DCF相比，光学不对称性显著减少[28]。双波长切换概念支持低失真的信号切换，扩展了精心设计的DCF的应用潜力。

**2. 实验方法**
我们研究的核心机制是通过较短波长的控制脉冲（CP）将较长波长的信号脉冲（SP）从最初被激发的核心传输到未激发的核心。在不对称的双核光纤（DCF）中，这种传输在线性传播下是无效的。然而，当不对称性通过共传播的CP实现非线性平衡时，交叉切换就成为可能。光学不对称性源于两个核心的传播常数光谱轮廓的差异，这主要由它们的几何形状决定[25]。在给定波长下，可以根据它们的有效折射率将核心分类为“快”和“慢”，即nf < ns。当两个脉冲都被输入到快核心时，CP可以降低弱SP的传播速度。通过适当的CP能量，两个核心中的SP速度变得平衡，从而使DCF在CP的时间窗口内实现了有效对称。这种同步的交叉相互作用使得在等于耦合长度的距离内实现高效切换。
耦合长度（Lc）定义为核心之间的场振荡周期的一半，是一个与波长相关的参数[29]。在对称耦合器中，脉冲能量在两个核心之间完全振荡。然而，双核不对称性的增加会减少在核心之间振荡的能量比例。值得注意的是，在近红外区域，Lc随波长的增加而显著减小，导致CP和SP波长之间的差异大约为一个数量级[23]。这种波长依赖性阻止了CP能量的交叉传输，即使不对称性是非线性平衡的，也仅允许在对应于其耦合长度的光纤长度上进行SP传输。Lc的光谱轮廓由光纤的横截面几何形状和构成玻璃的色散特性决定。在本研究中实现了新的光纤拉丝工艺，以在生产的目标SP波长1700 nm时支持1 cm的设备长度。脉冲能量经过精心选择以优化切换：SP能量固定为100 pJ以避免非线性自相互作用，而CP能量在几纳焦耳范围内变化，以在不同条件下诱导交叉切换。
实验装置（图1）基于之前用于类似特种DCF中双波长切换的系统的开发。一个1 kHz的Yb:CaF2激光器产生持续时间为250 fs的1030 nm CP。对于SP的光谱对齐，使用了10 kHz版本的激光器。分裂激光器的二次谐波驱动一个两阶段光参量放大器（OPA），其工作范围从1400 nm可调至2400 nm，产生持续时间为80 fs的1550/1700 nm SP。通过CP臂中的延迟线确保CP和SP之间的时间同步。一个二向色镜将两束光合并，然后耦合到选定的光纤核心。使用λ/2波片和Glan-Taylor偏振器将CP能量调整在1到10 nJ之间，而SP能量保持在100 pJ不变。结合的光束通过安装在3D定位平台上的50倍物镜耦合到同一个核心，该平台的分辨率达到亚微米级别。使用3D微定位的40倍物镜和红外相机监测光纤输出处的SP空间分布。一个二向色镜阻挡了1030 nm的控制场，仅允许成像信号场。在逐渐增加CP能量的情况下获得的相机图像序列代表了一次实验测量。这些测量在不同条件下重复进行，包括选择不同的双核单元、输入核心、SP波长、偏振和光纤长度。通过对每个核心对应的像素积分SP强度来处理图像，得到了激发核心和非激发核心的相对能量Ee和Ene。双核消光比使用公式EREin=10.log(Ee/Ene/Ein计算，其中Ein是输入的CP能量，并用于在不同实验条件下表征切换性能。
这项工作通过引入新的实验见解，推进了之前的双波长切换演示，旨在加深对基本原理的理解并增强应用潜力。具体而言，系统研究了SG-DCF中所有五个不同双核（DC）单元的切换性能。此外，通过在1550 nm和1700 nm信号波长下进行测量，检验了信号脉冲（SP）波长的影响。为了探索交叉切换方法的超快数据处理能力，生成了一系列具有可变能量比和皮秒级时间间隔的控制脉冲（CPs）。所有测量都在逐渐缩短光纤长度（从20 mm到10.5 mm）的过程中重复进行，从而确定了每个DC单元和信号波长的最佳长度。综合分析表明，只有在中心单元和一个侧单元（图1插图中用红色椭圆标出）中表现出高效的切换行为。通过将控制光束引导通过一个装有50/50分光器的双米氏干涉仪（MI），生成了一个四脉冲CP序列。两个干涉仪的臂略有错位，即第一个MI将输入脉冲分成两个具有可控延迟的副本，而第二个MI进一步将每个副本分开，从而在系统输出端产生四个脉冲。当两个MI的可调臂分别设置为τ和2τ的延迟时，系统产生能量相等、时间间隔为τ的脉冲序列（图1插图(b)所示）。这个脉冲序列用于研究当与每个CP顺序重叠时的输出SP场分布。为了进一步评估系统区分高重复率信号能量的能力，在两个干涉仪的一个臂中引入了两个光学滤波器（透射率分别为约30%和约70%）。这种配置产生了具有THz重复率的CP序列（图1插图(c)）。系统的响应与能量依赖性测量类似进行分析。由于与SP没有时间重叠的控制脉冲（CPs）没有在输出上产生可观察到的变化，因此通过逐步调整延迟来确保SP与每个CP之间的最大重叠，从而记录了一系列相机图像。这组四张图像的结果得出了双核心消光比（ER）作为序列中各个CP能量的函数，从而能够在超快时间尺度上监测控制波长的动态过程。3. 结果与讨论 3.1. 应用单个控制脉冲的全光切换 在研究的初始阶段，所选双核心（DC）光纤单元的快速核心同时被单个控制脉冲（CP）和信号脉冲（SP）激发。在逐渐增加CP能量的过程中，记录了SP的输出分布。每次调整实验参数后，都会重新优化CP和SP之间的延迟以及CP能量，以最大化切换性能。这一过程确定了5-10 nJ范围内的最佳CP能量。图2展示了一系列从12毫米长的光纤侧DC单元拍摄的相机图像，SP波长分别为（a）1550纳米和（b）1700纳米。结果表明，增加CP能量会促使SP从最初被激发的（底部）核心切换到未激发的（顶部）核心，在两个波长下表现出不同的行为。在1550纳米处，切换几乎是单调的，直到CP能量达到9 nJ，而在5 nJ以上则出现了饱和效应。相比之下，在1700纳米处，最佳切换发生在6 nJ，超过这个能量后，进一步增加能量会减弱顶部核心的主导地位。下载：下载高分辨率图像（260KB）下载：下载全尺寸图像 图2. 随着CP能量在1-9 nJ范围内增加，12毫米长光纤侧DC单元的相机图像，显示了SP波长为（a）1550纳米和（b）1700纳米时的切换性能。（c）从两组相机图像中获得的信号输出的ER作为输入CP能量的函数。图2(c)绘制了两种SP波长下CP能量的双核心消光比ER。比较显示，在1700纳米时切换性能更优，初始时底部核心的主导性更为明显，顶部核心的转换更强，产生了大约8 dB的切换对比度。在1550纳米时，这两种极端情况不那么明显，对比度仅为约2.5 dB。这些差异受到耦合长度的光谱依赖性的影响，而耦合长度随着波长的增加而减小[30]。在没有CP的情况下分析SP输出，即在线性传播下，表明12毫米的光纤长度更接近1700纳米时的耦合长度。最近使用类似DCF的研究报告称，在1550纳米时耦合长度在15-20毫米范围内[30]，这与我们在12毫米时观察到的切换效率降低是一致的。数值模拟预测在1700纳米时耦合长度更短，表明通过减小光纤长度有进一步改进的潜力。值得注意的是，之前关于类似DCF的最佳双波长切换的报告使用了14毫米的光纤，由于SP波长较长，现在可能需要进一步缩短光纤长度。为了研究信号波长对侧DC单元最佳光纤长度的影响，我们以大约2毫米的步长将光纤长度从20毫米逐步缩短到10.5毫米，重复了测量。图3(a)显示了最小消光比（ER）作为光纤长度的函数，ER反映了传递到未激发核心的最大能量。对于1550纳米的信号波长，在16毫米的光纤长度下观察到了最佳的切换性能。在14毫米处的异常高ER破坏了原本平滑的趋势，这很可能是因为光纤输出端面上的缺陷，后来通过切割得到了解决。这一解释与使用第一代DCF的早期研究结果一致，那些研究在14毫米时报告了最佳切换[26]，[27]。上述针对新SG-DCF制造系列的最近数值计算也证实了此处确定的16毫米最优长度。下载：下载高分辨率图像（336KB）下载：下载全尺寸图像 图3. a) 在最佳CP能量下，信号波长为1550纳米和1700纳米时，最小ER作为光纤长度的函数。b) 在信号波长为1700纳米时，对于中心DC单元和侧DC单元，分别在12毫米和10.5毫米的光纤长度下，ER对输入CP能量的依赖性。相比之下，1700纳米的信号波长显示出随光纤长度平滑且单调的ER依赖性，在最短的10.5毫米长度时达到了-5.83 dB。这一观察结果证实了信号波长的增加减小了耦合长度，这与理论预测一致。鉴于12毫米的光纤已经实现了相当的性能（最小ER约为-5.5 dB），我们估计最佳长度在10.5毫米左右。为了实现研究的主要目标，即证明与THz重复率控制脉冲的兼容性，我们没有进一步缩短光纤长度，因为在软玻璃光纤的情况下，低于1厘米的光纤长度在实验上变得具有挑战性。尽管如此，我们还是在迄今为止报道的双芯光纤中，使用最短的光纤长度成功实现了飞秒脉冲的高效全光切换，超出了传统的电信波段。3.2. 不同双核心单元的比较和光谱研究 除了光纤长度的依赖性外，还独立研究了中心和一侧DC单元的切换能力，两者都展示了切换性能。图3(b)展示了在10-20毫米光纤长度范围内，两个单元在1700纳米时获得的最佳结果。对于中心单元，在12毫米的光纤长度下实现了最低的ER，为-6.9 dB；而对于侧单元，在10.5毫米的光纤长度下获得了最低的切换能量，为5 nJ。这些曲线允许直接比较两个单元，因为它们使用的是直径相同的玻璃棒制造，因此应该具有相同的几何形状。然而，同一单元内核心形状的纳米级变化显著影响了双核心的光学不对称性，这一点通过双波长切换分析得到了证实。由于切换机制依赖于DC不对称性的非线性抑制，较低的不对称性导致了较低的切换能量。因此，不对称性较小的侧DC单元能够在较低的CP能量下支持切换。相反，更不对称的中心单元实现了更低的最小ER，即更好地抑制了激发核心中的信号场，但需要更高的切换能量和更长的光纤长度。在[28]中也报告了类似的发现，并通过双核心结构的数值分析得到了支持。然而，那项研究需要研究具有不同DC不对称性水平的两个独立光纤样本，这与基于包含多个DC单元的单一光纤的当前方法相比更具挑战性。除了基于相机的测量外，还使用了一个具有类似双波长脉冲特性的激光系统进行了光谱分析，该系统的工作重复率为10 kHz。这些测量是在对应于最佳切换性能的条件下进行的，具体是在10.5毫米光纤长度和1700纳米波长下，以验证新实验条件下切换机制的宽带特性。我们之前的工作[26]中详细介绍了光谱注册技术，该技术能够从两个输出核心分别获取光谱。图4(a)显示了来自激发核心的光谱，其中随着CP能量的增加，整个光谱范围内的光谱强度下降，表明能量传递到了未激发的核心。在5 nJ时强度最小，之后激发核心的光谱强度再次增加，这与在相同条件下基于相机的观察结果一致。图4(b)展示了光谱分辨的消光比，定义为ER(λ) = 10log(Se(λ)/Sne(λ))，其中Se和Sne分别是激发核心和未激发核心的光谱强度。正的ER值表示激发核心的主导地位，而负值反映了未激发核心的更高强度。在1670-1780纳米的宽广光谱范围内观察到了一致的能量依赖性，显示出在5 nJ处具有特征性的上升-下降趋势。注册的ER光谱的另一个显著特点是随着波长的单调增加，证实了耦合长度Lc的波长依赖性，这导致在较长波长下最小ER更高。在中心波长1700纳米时，ER值与通过基于相机的注册获得的值非常接近。下载：下载高分辨率图像（734KB）下载：下载全尺寸图像 图4. 在1700纳米和10.5毫米光纤长度下侧DC单元获得的光谱结果：a) 在输入控制脉冲能量增加时，从侧DC单元的激发核心收集的光谱轮廓。b) 双核心ER光谱对控制脉冲能量的依赖性。c) 在低能量下从激发核心收集的标准化SP光谱，以及在最佳切换能量5nJ时从未激发核心收集的光谱。值得注意的是，图4(b)中ER光谱的总体形状对于不同的CP能量保持相似，表明控制切换的非线性效应没有显著扭曲切换信号脉冲的光谱。为了评估光谱失真，将从激发核心在低CP能量下收集的标准化光谱与在相应于最大能量传递水平时从未激发核心收集的光谱进行了比较（图4(c)）。比较显示了轻微的光谱变窄和蓝移，这是由于非线性交叉相互作用造成的。这些效应之前在C波段[26]中观察到，并且在最佳CP-SP时间延迟条件下通过数值模拟得到了支持[27]。在最佳切换能量5nJ时，分别分析了SP光谱对CP和SP之间时间延迟的敏感性，结果如图4(d)所示。这些曲线证实了1700纳米时新光谱数据的质量，与图4(b)中的特征一致。在相对延迟为-270 fs、+270 fs和+670 fs时记录的光谱显示了随着延迟增加的单调红移。这种行为与C波段第一代DCF的数值预测一致，后者分别对于负延迟和正延迟表示蓝移或红移。其根本机制是CP和SP之间的时间走离，导致不同的光谱区域受到非线性交叉相互作用的影响，这取决于它发生在CP的上升沿还是下降沿。由于SG-DCF在1700纳米时具有相似的光纤特性，因此在当前的长波长研究中也确认了相同的时间依赖性光谱动态，并且光谱分辨率得到了改进。尽管如此，观察到的光谱变化不影响信号脉冲的完整性，其特征持续时间为100 fs，表明我们提出的方法支持在皮秒时间尺度上操纵超快脉冲。3.3. 应用THz频率序列控制脉冲的全光切换 在观察到1700纳米时侧DC单元的双波长切换效率的基础上，我们研究了这种配置监测超快脉冲序列的潜力，具有高时间分辨率。作为第一步，验证了第2节中概述的双波长交叉切换的THz频率重复性。使用双迈克尔逊干涉仪生成了一系列四个等能量的CP，这些CP均匀间隔为3.3 ps，并与SP时间同步。在各种CP-SP延迟位置进行了记录，以确保SP与每个CP之间的最佳时间重叠。在第二个实验中，在两个干涉仪的一个臂中插入了70%和30%的透射滤光片，将四个等能量的CP转换成能量单调递减的序列。调整了控制光束的整体衰减，以确保序列中最高能量脉冲的最大能量传递。结果，这一系列脉冲的能量与单脉冲实验中使用的范围相匹配，分别为5 nJ、3.2 nJ、1.8 nJ和1.2 nJ。这使得可以通过增加CP能量和增加CP-SP延迟来直接比较切换行为。图5(a)和图5(b)展示了这种比较，对于两种信号波长，在最佳切换性能条件下，即光纤长度分别为16毫米和10.5毫米，SP波长分别为1550纳米和1700纳米。每个四脉冲系列中的第一个数据点对应于没有控制脉冲激发的SP输出，即CP能量为零时的情况。所得到的ER(Ein)图表显示，由四脉冲序列引起的切换行为与单个脉冲能量依赖性观察到的行为具有相同的曲线，尽管各个能量水平不同。这证实了切换机制完全由控制脉冲（CP）的瞬时能量控制，与它在序列中的时间位置无关，即它不表现出记忆效应。切换过程中没有记忆效应是由于控制脉冲（CP）和信号脉冲（SP）之间的交叉相互作用由Kerr非线性超快响应所导致的。在介电玻璃中，飞秒脉冲相互作用的主要非线性效应来自三阶非线性易感性χ3，其中包括瞬时的电子Kerr响应和较弱的延迟拉曼贡献。然而，这两种过程都快于50飞秒（fs），因此不会影响相隔1皮秒（ps）的后续脉冲。使用CP序列获得的能量依赖性切换行为突显了这种方法在太赫兹（THz）重复率下进行时间分辨脉冲注册的潜力。

为了验证我们的假设，我们生成了四个等能量CP和能量递减的CP序列，并在优化的条件下比较了它们的效果，这两种波长都适用。图6(a)和图6(c)展示了这两种不同序列中脉冲的时间排列。图6(b)和图6(d)分别显示了相应的相机图像和计算出的消光比（ER）作为CP–SP延迟的函数，对应于1550纳米和1700纳米的信号波长。每条ER曲线包括在适当延迟时间获取的四个数据点，这些时间点给出了最佳的交叉传输条件，以一个没有CP时的SP输出为参考点。等能量的结果表明，在两种波长下，ER都独立于CP在序列中的位置。这证实了切换是由Kerr非线性控制的，Kerr非线性具有瞬时的时间响应，从而无论有多少CP在前，都能产生均匀的切换信号能量。这些时间分辨测量是在1550纳米时使用16毫米（mm）的优化光纤长度，在1700纳米时使用10.5毫米的光纤长度进行的，使用的是侧向直流单元。这些条件更受青睐，因为它们需要的能量更低，这对于那些不关心激发芯中残余能量的应用来说是一个优势。

研究的下一阶段专注于在两种信号波长下使用能量递减的CP序列进行切换性能测试。随着SP和CP序列之间延迟的变化，1550纳米和1700纳米两种情况下，ER都随着CP能量的降低而降低。在两种情况下，ER对CP能量的依赖性都几乎呈线性，动态范围为8分贝（dB）。然而，1700纳米配置表现出更好的线性，并且需要更短的光纤长度，这使得它在控制波长的探测脉冲序列的时间分辨测量中更为有利。ER(Ein)的线性特征使得可以根据相机对输出信号分布的注册来可逆且明确地确定CP序列的未知能量。同时，实际应用并不要求严格的线性。相反，控制脉冲能量与消光比之间的单调且可重复的映射就足够了，因为ER与能量的关系可以为给定的光纤长度和操作条件进行实验校准。因此，在所研究的动态范围内观察到的近线性趋势代表了这种本质非线性切换机制的实际操作范围。从基本角度来看，ER(Ein)的依赖性源于双芯结构的初始传播常数不匹配与其由控制脉冲引起的非线性补偿之间的复杂关系，这也影响了耦合长度。因此，为两种信号波长建立的操作系统代表了一个有利于提高应用潜力的特点。

我们证明了双波长切换方法能够在一个超快脉冲序列中检索各个CP的能量，支持在CP数量方面的可扩展单次拍摄特性。CP之间没有相互作用，每个CP仅通过其能量单独影响切换信号，这为CP序列与啁啾宽带SP的时间重叠打开了大门。通过这种方法，时间门控信息可以映射到不同的光谱分量上，将超快时间信息转换为光谱分布的输出。通过保持序列中CP的时间间隔，甚至更多的脉冲可以转换到光谱域，其单次注册仅受光谱分辨率和光谱仪的光谱灵敏度的限制。另一个潜在应用涉及在高重复率下同步CP和SP序列进行信号路由。在这种方案中，基于CP的存在与否进行二进制编码，在皮秒级重复率下将SP重定向到两个输出通道之间，形成了一个用于高速信号操作的紧凑型基于光纤的切换装置。

为了进一步研究应用潜力，我们准备了一个具有均匀1皮秒（ps）时间间隔的四个CP序列，即1太赫兹（THz）的重复率（图7(a)）。这种配置用于使用由10千赫（kHz）激光系统和双迈克尔逊干涉仪生成的衰减CP序列来切换SP，在与之前相同的条件下（10.5毫米光纤长度和1700纳米SP）。通过改变SP和每个CP之间的时间延迟来拍摄相机记录，如图7(b)所示。在8分贝的动态范围内观察到类似的对CP能量的几乎线性ER依赖性，与3.3皮秒的脉冲间隔结果一致。此外，通过对两个输出芯的信号进行光谱测量，获得了1700纳米SP的光谱。每个CP的光谱都显示出了CP能量的单调强度依赖性，证实了即使在THz重复率下也保持了宽带切换行为。这种行为在图7(c)中很明显，其中在5纳焦耳（nJ）的CP能量下发生了高对比度切换，随后是能量较低脉冲的逐渐减少的交叉传输。光谱行为支持使用与CP序列重叠的啁啾SP，能够在1670–1780纳米范围内实现能量依赖的切换。总之，这项研究验证了基于双波长DCF的切换方法在超快重复率下进行时间分辨信号单次注册的关键方面。计划开发具有适当参数的啁啾SP及其通过CP序列的光谱注册代表了未来研究的一个有前景的方向。

我们进行了全面的研究，探讨了使用高非线性软玻璃DCF的双波长全光切换超快脉冲，解决了性能优化的关键因素。在之前1550纳米的结果基础上，我们将该方法扩展到了1700纳米，证明了在比之前报告的14毫米更短的10.5毫米设备长度下的有效切换。所研究的铅硅酸盐/硼硅酸盐光纤采用了一种新的拉拔工艺制造，包含五个独立的双芯单元。与之前的初步工作不同，这项研究包括了所有五个单元的详细比较分析。其中一个侧面单元由于相对于中心单元的改进核心对称性而表现出更好的切换性能，因此被选为大多数测量使用。这种多单元结构提供了操作灵活性，可以根据应用需求在更高的切换对比度（中心单元）和更低的切换能量（侧面单元）之间进行选择。在1700纳米下的光谱测量证实了切换机制的宽带特性，其光谱分辨的ER趋势与基于相机的观察结果一致。观察到的光谱特征，如光谱窄化和随着CP–SP延迟增加而单调红移的切换信号，主要是由于控制脉冲和信号脉冲之间的时间走散造成的，这与之前的C波段数值模拟结果一致[27]。这些效应代表了可控的光谱修改，而不是有害的失真，并且可以通过优化光纤设计来进一步减少脉冲走散。

此外，我们还证明了使用间隔为1皮秒（ps）或3.3皮秒（ps）的CP序列进行太赫兹（THz）速率全光切换的可行性。这些脉冲与信号脉冲的顺序重叠产生了与10千赫（kHz）重复率下观察到的类似的切换行为。在8分贝的动态范围内观察到了ER对CP能量的几乎线性依赖性，没有记忆效应的证据。两种信号波长的最小有效切换能量都在大约5纳焦耳（nJ）左右。这些发现突显了在适当设计的DCF中双波长全光切换的潜力，适用于先进的光子应用。在实验研究期间，尽管光纤样品被长时间使用并进行了后续的切割处理，但它没有表现出任何退化。此外，在固定的光纤长度下，测量到的能量依赖性是可重复的，这对于考虑光纤非传统软玻璃成分的应用尤为重要。所展示的切换方法结合了高切换对比度、低切换能量和与THz级别脉冲序列的兼容性，对于波长 division 解复用、光脉冲缓冲和超快过程的单次注册等应用来说非常有前景。

这项工作得到了奥地利科学基金（项目I 5453-N）和波兰国家科学中心（CEUS-UNISONO 2020/02/Y/ST7/00136）的支持。