耗散引起的不稳定性为新的非线性光学技术打开了大门

回顾非线性光学领域的最新研究进展，科学家们探索了非线性效应如何通过光学系统的不稳定性来加强由噪声产生的波，这为一系列新的光学技术发展奠定了基础。图式形成的不稳定性发生在各种物理、化学和生物系统中，并且被视为有害因素，限制或破坏了工程系统的性能。然而，这些不稳定性最近被用作非线性光学系统中某些有用行为的来源。来自英国伯明翰阿斯顿大学的Auro M. Perego及其同事们，研究了非线性光学系统中一类由耗散产生的调制不稳定性和放大过程。这些成果可能会有助于开发新的可调谐光纤放大器，光参量振荡器和脉冲激光光源。

摘要

均匀状态的不稳定性在各种空间扩展的非线性系统中是一个普遍存在的过程。例如，这些不稳定性是对称性破缺、凝聚动力学、自组织、图式形成和噪声放大等过程的核心，这些过程都横跨了物理学、化学、工程学和生物学等不同的学科。在非线性光学中，调制不稳定性通常与所谓的参量放大过程相关联，这在满足某些相位匹配或准相位匹配时会发生。

文章中，我们总结了非线性光学中调制不稳定性和参量放大的原理，并着重介绍了光纤中的调制不稳定性和参量放大过程。然后，我们回顾了有关非线性光学系统中由耗散引起的一类特殊的调制不稳定性（MIs）和信号放大过程的最新研究进展。对频谱的某些部分施加损耗反而引起阻尼模式本身的指数增长，这就是从损耗中获得“收益”。我们讨论了损耗转化为增益成像的概念，并展示了如何将给定的光谱损耗曲线映射到增益谱中。我们通过列举具体的例子，证明耗散引起的调制不稳定性，除了具有基本的理论意义外，还可能为开发新一类的可调谐光纤放大器，光参量振荡器，频率梳源和脉冲激光器等奠定基础。

图1 损耗转化为增益的过程（在频率Ωp上施加准单色光谱后，信号频率Ωs≈Ωa周围及其对称的位置Ωi ≈-Ωs周围均产生频谱边带，并且产生的光谱边带的形状与沿光纤传播期间所施加的耗散分布相对应：损耗转化为增益）

（a）通过分析计算绘制的不稳定增量λm曲线；（b）由数值模拟得到的三个光谱图；（c）沿着光纤的光谱变化。

图2 光纤中损耗转化为增益的过程

图3 光谱耗散曲线映射到增益光谱中（利用三个不同的集总光谱滤波器，绘制了光谱功率|A(Ω/(2π))|2相对于频率Ω/(2π)的关系曲线图：高斯状（红色），三角形（蓝色）和超高斯状（绿色））

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