编者按：牟成博博士2000年在天津大学读本科，2004年赴英国圣安德鲁斯大学读硕士，2006年在英国阿斯顿大学读博士，之后任英国阿斯顿光子技术研究所高级研究员，2015年作为国家“青年千人计划”入选者，目前在上海大学通信与信息工程学院任教。

牟成博老师的专业一直与新型光纤激光器、纳米光子学及新型光纤传感器等前沿领域的技术理论和应用研究相关。牟成博老师的研究成果获得了国际同行的广泛关注和高度肯定，曾经为30多家英国中小型企业提供过技术支持和顾问指导，参与设计了国际上首个超高速偏振分析仪。目前他发表国际会议文36篇，作为第一作者报告12次，6次国际大会邀请报告；拥有英国专利1项；应邀撰写英文书籍2章；在Nature旗下Light：Science&Applications发表原创论文1篇。

特别是近日，牟成博老师在Scientific Report上报道了一种新型的中红外脉冲光纤激光器。(DOI:10.1038/srep24220,http://www.nature.com/articles/srep24220 )。该系统采用中国传统的“阴-阳”结构，通过使用传统的光纤耦合器实现了混合非线性环镜的结构。进一步结合碳纳米管复合材料薄膜作为腔内调制器，实现了成本低、小型化、高功率、稳定调Q脉冲的输出。该种新型腔结构不但从原理上避免了采用中红外波段昂贵的隔离器元件，还实现了双通道相干中红外脉冲的可调谐同步输出。

一、观测到螺旋吸引子并开创性的建立了理论模型

通过一些特别实验手段，牟成博老师观测到了由超短脉冲产生的一系列偏振吸引子，还特别观测到了一种新型的混沌吸引子——偏振螺旋吸引子。

所说的特别实验手段，是他创造性地将超快光纤激光器引入到混沌吸引子的研究中，特别使用新型纳米材料作为腔内被动调制器件，采用高掺杂光纤作为增益并对泵浦光进行了偏振输出调控，应用高速偏振分析仪对产生的超短激光脉冲的偏振态变化规律进行观测。这对包括黑洞、流体力学、热动力学、空气动力学、光学以及湍流等在内的基础科学的发展有重要的意义，尤其对基于混沌吸引子的随机数产生、新型混沌保密通信系统起着至关重要的作用。

开创性地建立了基于增益介质和纳米材料偶极子迁移吸收的模型。该理论非常成功地解释了所观测到的偏振螺旋吸引子，对于非线性科学中混沌吸引子的认知起着至关重要的作用。不同于传统的非线性薛定谔方程，仅针对矢量脉冲的耦合进行描述，该理论采用半经典模型，充分考虑了增益介质和可饱和吸收体的偶极子迁移吸收等重要物理特性。同时这也证明了偏振作为超短激光脉冲光的一个重要特性是可以作为单独的一个物理维度存在的。牟成博老师这项研究的相关结果发表在《自然》旗下刊物Light：Science&Application，审稿人认为他的工作在超快激光领域取得了巨大的进展，为激光科学、乃至广义的物理学和数学提供了全新的认识并对未来产生巨大影响。该项成果被当月的Nature Photonics作为研究热点报道。

图1.(a)可产生混沌吸引子的超快光纤激光器；(b)偏振螺旋吸引子的实验产生;(c)偏振螺旋吸引子的理论计算。

二、对矢量光孤子的偏振动力学研究

矢量光孤子的偏振特性尤其偏振动力学研究在国际上一直是个难点 。牟成博老师创新性地将碳纳米管/聚合物复合材料引入到矢量光孤子偏振特性研究的实验中，特别使用了偏振分析仪作为测量手段。以偏振度、振幅、功率尤其是相位等完整实验参数在偏振邦加球上全面展示了单脉冲矢量光孤子的产生。最近，英国剑桥大学石墨烯研究中心主任A.C.Ferrari教授在综述文章中肯定了他的工作。

图2.(a)超短脉冲的偏振锁定；(b)环形偏振进化轨迹；(c)束缚态超短脉冲的三角形偏振进化轨迹。

牟成博老师随后提出了一整套新颖的研究矢量光孤子偏振动力学的试验方法，包括对超快光纤激光器的泵浦光偏振态及腔内双折射进行双重调控。在此基础之上，他同美国OFS公司合作以先进倾斜光纤光栅为基础共同开发了超高速偏振仪，是目前国际上通信波段的最高速1GHz。基于此，他又成功观测到孤子束缚态相邻脉冲之间的偏振进化轨迹，验证了相邻光孤子脉冲偏振变化的本征特性，对大容量光孤子通信及超快激光脉冲偏振动力学作出了开创性的研究。

三、10阶谐波锁模的稳定全光纤超快激光器

通过使用碳纳米管聚合物复合材料作为可饱和吸收体，通过谐波锁模的方式，牟成博老师在国际上实现了最高次的10阶谐波锁模的稳定全光纤超快激光器，解决了普通光纤激光器重频低的问题。以聚合物作为载体的碳纳米功能复合材料极难在大功率光纤激光器中发挥作用，牟成博老师使用N-甲基吡咯烷酮碳纳米管溶液作为光学可饱和吸收体来产生超短脉冲。

通过光纤微流体器件作为载体，降低了系统成本，解决了碳纳米管溶液功能光电器件不稳定的国际难题，尤其实现了大功率、长时间稳定的全光纤输出，为先进精密制造提供了技术保障。

图3.(a)光纤微流体器件;(b)碳纳米管溶液与光纤微流体的混合锁模器件。

此外，牟成博还积极参与新技术的产业化推广，成功开发出基于碳纳米管聚合物材料的光纤激光器作为样机在中英格兰地区进行技术推广。

四、基于偏振倾斜光纤光栅的高性能全光纤超快激光器

45度倾斜光纤光栅作为一种新型全光纤偏振器件由AIPT在国际上率先提出。相比于传统的偏振器件，该器件具有全光纤、低插入损耗、偏振消光比极高等优势。牟成博老师在与美国空军实验室和波音公司的合作项目中，他开创性地将该种器件引入到超快激光的实验中，使用45度角倾斜光栅作为非线性光学器件实现了600飞秒输出的全光纤超快激光器，对全光纤高性能光纤激光器的发展起了重要作用。

图4.(a)45度倾斜光栅的显微镜图;(b)基于45度倾斜光栅的超快光纤激光器原理图。

基于石英光纤固有的紫外光敏性，该种光栅既可以制作在传统的通信光纤上也可以实现在保偏光纤、多模光纤、多芯光纤、增益光纤、尤其是双包层光纤等特种光纤上。这对实现大功率全光纤以及特种光纤激光器有着至关重大的意义。

近期，牟成博老师通过优化光栅和激光腔的结构取得了原理上的突破，实现了90飞秒的超快光纤激光器，这是目前通过倾斜光栅所能实现的超短激光脉冲的世界纪录。牟成博对于倾斜光栅在超快光纤激光器方面的应用处于国际领先地位。基于该种倾斜光栅制备工艺研究，牟成博和他的团队申请了英国专利一项。

五、展望未来

高能量、稳定的短脉冲光源无论对于基础科研还是工业应用都有着及其重要意义。偏振作为激光脉冲的一个重要的基本特性，在超快激光器的本质探索及应用都起着至关重要的作用。具有可控本征偏振态的超短激光脉冲是研究光与物质相互作用，探索纳米级加工与量子应用的有力工具。

对超短激光脉冲偏振动力学的研究进而实现本征偏振可控的超快激光器是迫切需要的，国际上对对次鲜有研究，超快光纤激光器的偏振动力学机理目前尚未完全清楚，对超快光纤激光器的偏振动力学及其应用的研究也是中国领先国际超快激光研究的大好机会。牟成博老师团队将继续进行超短激光脉冲的偏振动力学及应用探索。

“青年千人”牟成博教授简介：

2004年天津大学精密仪器与光电子工程学院获工学学士，2005年英国圣安德鲁斯大学物理与天文系获理学硕士，2012年英国阿斯顿大学阿斯段光子技术研究所获光子学博士。

在国际大会和期刊上共发表及参与发表95篇文章。其中第一及通讯作者13篇。 受邀撰写书2章（一章第一作者）；英国专利1项（已公布）；53个大会报告 （其中1个 主题演讲， 1个教程演讲，6个特邀报告，27个口头报告，19个张贴报告）。Google scholar总引用606次，h指数16。上海市首批“青年东方学者”入选者，第十二批国家“青年千人”计划入选者。现为上海大学特种光纤与光接入网重点实验室教授 。

个人主页：http://www.ci.shu.edu.cn/moucb.htm

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