锁模激光器在光学精密测量、强场物理和激光加工等领域具有重要的应用和研究价值。光脉冲在激光器中的演化过程，本质是光波在非线性耗散系统中的动力学过程。因此，锁模激光器也是研究诸多非线性理论和现象的科学平台，例如孤子、怪波、吸引子和湍流等。

通常来说，一台光纤激光器要么工作在纵模不同步的准连续波(Continuous-Wave, CW)状态，要么工作在纵模同步的锁模超短脉冲状态。对激光器来说，其是否具有在CW和锁模两个极限状态之间存在一种中间过渡态？如果存在，其演化图景是怎么样的？这对于理解超快耗散系统的混沌过程、突破锁模激光器稳定性极限和保密通信等具有重要意义，而这个问题尚未被科研界发现和探究。

华中科技大学武汉光电国家研究中心舒学文教授团队通过基于色散傅里叶变换的实时光谱测量技术完整的捕获并探测了光纤激光器介于CW和锁模之间的混沌状态的光谱演化过程。该团队搭建了一台基于非线性偏振态旋转的锁模光纤激光器，光波在演化过程中会产生与自身光强相关的偏振态变化，通过偏振器件合理筛选光波偏振态，实现等效可饱和吸收体(Satutrable Absorber, SA)的被动锁模效果。而这种等效SA则将脉冲自身的演化行为与激光器这个耗散系统的参量例如非线性损耗和可饱和吸收功率等紧密耦合在一起，产生系统与脉冲之间的复杂相互反馈，从而激发出光波的激射中间态。

为了以足够的速度和精度测量这种超短脉冲的瞬态过程，该团队借助40公里长的单模光纤的强色散将皮秒宽度量级的超短脉冲拉伸至纳秒量级，同时脉冲经过拉伸后的时域形状也反应了光波的光谱信息，通过高速光电探测器和示波器实现了波长分辨率为0.138纳米的实时光谱测量。该团队发现当激光器处于弱相干性的类噪声脉冲状态时，脉冲会随机的间歇性的转变为相干的耗散孤子，短暂持续的耗散孤子很快恢复为类噪声脉冲，这个过程会产生瞬间的脉冲时域峰值功率的增强，如果超过一定阈值会将激光器的等效SA偏置在负反馈区，即对强光损耗高，对弱光损耗低，触发超短脉冲的熄灭。类噪声脉冲熄灭后，连续波在非线性偏振旋转作用下逐渐再次演化回类噪声脉冲状态。从非线性动力学角度来理解，连续波和类噪声脉冲是系统的两个鞍焦点，而脉冲在两个状态之间的切换则可视为Shilnikov异宿轨动力学过程。

这项工作3月12日发表在高水平期刊Laser&Photonics Reviews上 (“Alternation of the modes-synchronization and -desynchronization in ultrafast fiber laser”, 2020, 14, 1900219, DOI：10.1002/lpor.201900219)上，第一作者为博士研究生杜岳卿，通信作者是舒学文教授。该项工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、欧盟地平线2020项目等资助。

左图:连续波到类噪声脉冲的建立过程，中图：类噪声脉冲熄灭为连续波，右图：类噪声脉冲的瞬间相干性恢复