光纤激光腔中超短光脉冲时频域动态演化过程的研究是目前非线性光纤光学领域的一个热点。如何在一个不可重复的快速演变的时间尺度上，捕获光脉冲的瞬态时频域特性是这项研究的关键。近些年，快速光谱测量技术取得重要进展。特别是时间拉伸傅里叶变换光谱技术（Time-stretched Fourier transform spectroscopy）的发展，使得锁模激光脉冲瞬态光谱研究成为可能。该方法通过在时间域对超短脉冲进行啁啾拉伸的方式，结合高频光电探测器件与高速数据采集系统，实现对脉冲时域与光谱特性的关联与测量。目前，时间拉伸傅里叶变换光谱技术已经被成功应用于研究超短脉冲锁模机理，揭示激光器由噪声到锁模脉冲的快速演化过程，解释光纤中光孤子碰撞等瞬态物理现象，以及探索新的光孤子分子体系与非线性光孤子动力学。

         实验室曾和平教授课题组在瞬态光谱测量技术与光纤激光锁模动力学研究方面取得进展。课题组发展了一种基于高速电光调制效应的高光谱分辨与高时间分辨的瞬态光谱测量方法（OE 26(13), 16086 (2018)），弥补了时间拉伸傅里叶变换光谱技术中光谱分辨率低，以及难以实现时域脉宽测量等不足。近日，课题组利用该技术揭示了谐波锁模飞秒光纤激光器中光孤子的噪声分布、光谱演化、脉冲分离以及谐波脉冲之间的相互作用过程。相关结果发表在Optics Express 27(20), 28808-28814 (2019)。

         研究首次记录了高重复频率（400 MHz）谐波锁模激光器从噪声到稳定谐波锁模的整个自启动过程，揭示了光纤激光器中高能脉冲在激光增益与损耗、非线性与色散效应的彼此平衡与相互作用下的形成、演化、分裂，以及谐波锁模脉冲的产生过程。研究发现在谐波锁模形成前的预锁模阶段存在多个随机分布的亚稳定锁模态，以及谐波锁模光纤激光脉冲在形成过程中存在着彼此之间的相互吸引与排斥作用。这种彼此作用在一定程度上类似于实体（如分子）之间经典力的相互作用。研究结果为超短脉冲锁模机理与光孤子物理的深入研究提供了丰富的实验数据。

图1. 锁模激光脉冲的时频域演化过程（实验结果）