巨波孤子光纤激光的研究及黑洞视界现象的模拟

Rogue soliton is a surprisingly new conception and technology in nonlinear science. It shows enormous pulse energy and peak power, which has broad prospects in basic scientific research and laser application technology. Based on fiber laser system and rogue soliton, this project will study the formation mechanism and the dynamitic evolution of huge-energy solitons in mode-locked fiber laser. By optimizing the fiber laser system, the pulse energy is improved by 1~2 orders of magnitude compared with dissipative soliton, as well as the occurrence probability is increased. And then we will study the interaction of rogue solitons and the event horizons based on the interaction between rogue soliton and dispersive wave. As a result, it discovers the new effect and novel phenomenon for rogue soliton in theory and breakthroughs the key techniques of rogue soliton generation in the experiment. This project is expected to acquire the extreme optical nonlinear phenomenon linked to the ultrashort high-energy pulse, and the novel approach to the high-energy pulse laser technology. Moreover, it contributes to the problems of ultrafast photophysics, the propagation law of light, the physical question in photonics, the basic nature of pulse radiation, and the understanding of celestial motion in universe.

巨波孤子（rogue soliton）是非线性科学中一个令人惊奇的新概念和新技术，它具有极高的脉冲能量和峰值功率，在基础科学研究和激光技术应用中具有广阔的前景。本项目拟基于光纤激光系统和巨波孤子，研究极大能量孤子在光纤锁模激光器中的形成机理和动力学过程。优化光纤激光系统，使输出的脉冲能量在耗散孤子的基础上再提高1至2个数量级，调控巨波孤子的产生几率。在此基础上，研究巨波孤子间的相互作用，以及巨波孤子与色散波的相互作用，模拟宇宙中的黑洞视界现象。理论上发现巨波孤子的新效应和新现象，实验上突破产生巨波孤子的关键技术。该研究将有望在超短高能脉冲的极端非线性光学现象等科学问题上获得新认识，有望在高能脉冲激光技术上获得新途径和新方法，有助于超快和超强光物理、光传播的基本规律、光子学中的物理问题、光脉冲辐射的基本性质等科学问题的研究，有助于进一步理解宇宙中天体运动规律。

巨波孤子（rogue soliton）是非线性科学中一个令人惊奇的新概念和新技术，它具有极高的脉冲能量和峰值功率，在基础科学研究和激光技术应用中具有广阔的前景。本项目基于光纤激光系统和巨波孤子，研究极大能量孤子在光纤锁模激光器中的形成机理和动力学过程。优化光纤激光系统，使输出的脉冲能量在耗散孤子的基础上再提高1至2个数量级，调控巨波孤子的产生几率。在此基础上，研究巨波孤子间的相互作用，以及巨波孤子与色散波的相互作用，模拟宇宙中的黑洞视界现象。理论上发现巨波孤子的新效应和新现象，实验上突破产生巨波孤子的关键技术。基于时间拉伸的色散傅里叶变换（TS-DFT）技术，对被动锁模、谐波锁模光纤激光器中时间孤子的形成和演化过程进行研究，首次实验直接观测到锁模激光器中孤子建立的完整动力学过程，并发现光孤子启动过程存在两个不同的形成路径，据此提出了孤子形成的理论模型，与实验结果相符；而谐波锁模包括增强的弛豫振荡等七个阶段，数值模拟证实了色散波等多种效应在谐波锁模形成的初期、中期以及后期对谐波锁模的形成和稳定起重要作用。实验上观测到超快激光的形成经历从调Q到锁模的转换过程，揭示锁模脉冲的形成必须经历拍频过程，建立了对应的理论模型并数值模拟整个过程。该研究将有望在超短高能脉冲的极端非线性光学现象等科学问题上获得新认识，有望在高能脉冲激光技术上获得新途径和新方法，有助于超快和超强光物理、光传播的基本规律、光子学中的物理问题、光脉冲辐射的基本性质等科学问题的研究，有助于进一步理解宇宙中天体运动规律。