色散作为光学系统的一个基本属性，对光的产生、传输、调控、探测具有重要的意义。当光学系统中的二阶色散（群速度色散）被克尔效应等抵消时，光脉冲在传输中可以保持包络形状不变，形成光孤子。然而，对于在光学系统中影响更大的一阶色散，却一直没有相应的抵消手段。
南开大学吴强、许京军教授课题组针对这一问题，以铌酸锂亚波长波导为例进行了研究：通过采用飞秒激光侧向激发的设计，在铌酸锂亚波长波导中构建了初始相位锁定的同步移动光源，成功抵消了波导的一阶色散，实现了太赫兹脉冲的“冻结相位”传输（相位孤子）现象。相应的结果发表在Laser & Photonics Reviews上（DOI:10.1002/lpor.202000591）。
图 1 冻结相位传输与常规的传输的对比。（a）侧向激发配置构建初始相位锁定的同步移动光源的示意图（泵浦激光与太赫兹传输方向平行）；（b）侧向激发的电场传输实验图；（c）冻结相位传输的波形图；（d）常规的垂直激发配置示意图（泵浦激光与太赫兹传输方向垂直）；（e）常规激发的电场传输实验图；（f）常规的色散传输波形图。
由于侧向激发匹配和冲击受激拉曼散的特性，实验系统的太赫兹源具有了辐射场同步移动和初始相位锁定两大特点，这保证了冻结相位传输的实现。利用时空超分辨定量成像系统，记录了太赫兹脉冲冻结相位传输的整个过程。冻结相位传输与常规的情形（太赫兹脉冲在色散波导中传输）形成了明显的对照，如图1所示。这一研究也首次揭示了光脉冲在一阶色散被消除时的传输表现，这种在传输中保持不变的相位的特性与孤子的行为非常类似。这一结果为基于纯相位调制信息的通讯，尤其是片上集成通讯系统的发展提供了可能。同时，这种传输相位不变的“类孤子”行为，也为非线性混频中相位匹配的实现提供了新的思路，从而也使得超短的光脉冲更容易实现高次谐波、超连续谱、频率梳以及长距离相干的量子比特传输非线性现象。
原文刊载于【InfoMat】公众号
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