群速度色散在控制光脉冲的传播中起着重要作用，可以用于实现脉冲压缩、孤子产生和快慢光等现象。已有研究表明，当光脉冲在色散波导中传播时，可以被看作是一个合成的（1+1）维空间，包括脉冲沿着波导传播的空间维度和脉冲发生衍射的时间维度。在此基础上，本文提出构建包括时间-频率维度和空间维度的（2+1）维的人工合成空间，并在此合成空间实现了对光脉冲的有效调控，包括无形变的脉冲传播、快慢光和脉冲压缩等现象。

当光脉冲在色散波导中沿z轴传播时，通过电光调制可以将不同频率的模式耦合起来构造合成的频率维度。同时，由于色散光脉冲会经历时域上的衍射，因此可以将此频率上离散、时间上连续的空间称为二维的合成时间-频率空间。如果通过分段电极对电光调制的相位进行如下控制

即任意传播位置处，光子在频率轴的跃迁相位ϕ_0处在具有特定宽度和中心位置的时间区域内，如图所示。在此二维的合成时间-频率空间，不同频率模式间的耦合可以让相位为零和非零的边界产生有效的规范势差，从而将光束缚在相位不为0的区域内。同时，相位在时间轴上的分布与入射脉冲的宽度和脉冲中心有关，因此可以使光脉冲在沿着波导传播时，使其被束缚在特定的时间-空间区域内，并通过改变相位的分布对脉冲的传播进行控制。此外，模式间的耦合还可以在频率轴上产生等效的非均匀作用力，并对脉冲的频谱模式进行控制。该研究工作提供了一个新的控制光脉冲行为的平台，可以对脉冲同时进行时域和光谱域的调控，在光纤通信和集成光学中都有着重要的潜在应用。

图（a）光脉冲在色散波导中的传播；（b）非均匀的相位调制构建的合成时间-频率空间；（c）波导的色散曲线和调直曲线。

该成果发表在“Guangzhen Li, Danying Yu, Luqi Yuan, and Xianfeng Chen, Single pulse manipulations in synthetic time-frequency space, Laser & Photonics Reviews, 2100340 (2021)”。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202100340