近日，我室硕士研究生尹帅（第一作者）和杨佩龙副研究员（通讯作者）在Journal of Lightwave Technology上发表了题为“Efficient Generation of Mid-infrared Single Fundamental Solitons in ZBLAN Fibers Using a 2 µm Few-Cycle All-Fiber Pumping Mechanism”的研究论文（2026, vol. 44, no. 11, pp. 4766-4774, IF=4.8）。文章链接： https://doi.org/10.1109/JLT.2026.3680304.

       本研究提出一种基于少周期脉冲泵浦驱动孤子自频移（SSFS）的高功率中红外全光纤光源新方案。通过对高阶孤子进行管理，显著提升了基孤子能量转移效率。实验方案如图1所示。

图1 少周期脉冲泵浦氟化物光纤SSFS实验装置图

       系统以1970 nm掺铥光纤激光器为种子源（脉宽254 fs、重复频率49.8 MHz、平均功率1.1 W），经非线性脉冲压缩器（NPC，由16 cm正色散光纤SM2000D与24 cm单模光纤SM1950组成）压缩至约36 fs，传输效率83.4%，对应平均功率917.4 mW。压缩前后的脉冲光谱、脉宽及功率演化特性如图2所示。

图2 脉冲压缩特性分析：（a）不同阶段的光谱对比；（b）种子脉冲与压缩后脉宽对比；（c）不同功率下压缩器输出光谱演化；（d）不同功率下压缩脉宽演化

       该高峰值功率超短脉冲直接泵浦无源ZBLAN氟化物光纤，在低孤子阶数（N < 3）条件下实现高效基态孤子产生与频移。在理论仿真中，采用分布傅里叶法求解广义非线性薛定谔方程（GNLSE），模拟了ZBLAN光纤内的脉冲演化，精确复现孤子裂变及相匹配色散波（DW）的产生过程，仿真光谱与实验结果高度吻合。

       实验结果表明，通过精确控制孤子阶数并系统优化光纤长度，该系统实现了创纪录的转换效率。在20 m长ZBLAN光纤中，获得中心波长3.053 μm的单基态孤子输出，平均功率364.8 mW，转换效率（CE）高达51.2%。在15 m长ZBLAN光纤中，2.90 μm处的转换效率达到60.3%，为理论斯托克斯效率极限的88.8%。

图3 脉冲压缩后20 m ZBLAN光纤中孤子SSFS过程实验结果。（a）输出光谱随耦合入光纤平均功率的演化；（b）各功率下最长波长基态孤子的自相关（AC）曲线；（c）对比实验：在相同最大功率712.5 mW下，未压缩254 fs种子激光泵浦的输出光谱；（d）最长波长孤子的耦合效率及对应峰值功率。

       该集成系统在712.5 mW平均输出功率下连续运行120分钟，功率波动均方根值仅约0.23%，表现出优异的长期稳定性，同时具备近衍射极限的空间光束质量（M² ≈ 1.1），整体光-光斜率效率高达63.4%。该工作有效克服了传统中红外全光纤孤子频移光源在转换效率与平均功率方面的局限，为分子光谱学、非线性材料加工等领域提供了一种紧凑、高效的新方案。

图4 系统整体性能表征。（a）中红外输出长期功率稳定性（监测时长120分钟，平均功率~712.5 mW），插图为空间光束质量测量结果；（b）系统光-光转换效率。