產(chǎn)生超短光脈沖需要仔細控制光的色散：相速度取決于頻率，并且由于實(shí)際脈沖包含頻率擴展，因此它在傳播通過(guò)光學(xué)介質(zhì)時(shí)會(huì )變寬。孤子激光器是一種簡(jiǎn)單，便宜的亞皮秒脈沖源，主要由激光二極管和光纖組成。它們通過(guò)與Kerr聚焦（當光的電場(chǎng)改變介質(zhì)的折射率時(shí)引起的脈沖變窄）之間的平衡來(lái)平衡擴散，從而減輕了擴散，因此每個(gè)脈沖都作為孤子傳播，其持續時(shí)間保持不變。

孤子激光器由于其簡(jiǎn)單的結構而具有吸引力，但它們無(wú)法獲得啁啾脈沖放大等技術(shù)的高能量。這是因為能量E和持續時(shí)間τ呈反比，因此縮短脈沖只會(huì )增加其能量。

現在，悉尼大學(xué)的Antoine Runge及其同事與麥格理大學(xué)和諾基亞貝爾實(shí)驗室的合作者已經(jīng)克服了這一限制。他們的新型純四元孤子激光器使用空間光調制器（SLM）來(lái)控制光的色散關(guān)系，以允許獲得更高的能量脈沖。

色散關(guān)系k（ω）描述了波的頻率如何與其波長(cháng)相關(guān)。對于常規孤子激光器中的光，該函數近似為二次方，其二階導數描述了在沒(méi)有Kerr聚焦的情況下脈沖將如何擴展。實(shí)驗上可以最小化可能使孤子不穩定的非零高階導數。然而，2016年，悉尼大學(xué)的研究人員（包括當前研究的作者安德里亞·布蘭科－雷東多和馬丁·德·斯特克都在內）表明，高階色散實(shí)際上是有用的。他們設計了一個(gè)光子晶體波導其中通過(guò)波導的幾何形狀消除了二階和三階色散的影響。四階色散和克爾聚焦的平衡是孤子形成的原因。

Runge及其同事制造的純四階孤子激光器采用了相同的原理。但是，研究人員使用可編程的SLM代替了專(zhuān)門(mén)設計的波導，以創(chuàng )建所需的色散分布圖。研究人員證實(shí)，四次脈沖的能量是正比于τ-3，作為預測的第四階色散孤子，而不是τ-1，如在常規的孤子。這種縮放解釋了為什么純四階激光器中的脈沖能量有可能超過(guò)現有設備中的脈沖能量幾個(gè)數量級。朗格及其同事的下一步是實(shí)現這些更高的能量。

在幾十瓦的功率下，孤子脈沖沒(méi)有打破任何記錄。然而，像微機械和軟組織手術(shù)這樣需要快速爆發(fā)出高能量的應用，可以從緊湊、低成本的設備中獲益。