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  • 華東師大科學家首次實現“呼吸子”超快激光脈沖

    作者:呂安琪 來源:華東師大精密光譜科學與技術實驗室 時間:2019-11-05 12:54 閱讀:650 [投稿]
    華東師范大學精密光譜科學與技術國家重點實驗室曾和平教授課題組在超快激光領域取得重要進展,該團隊首次實現了一種被稱之為“呼吸子”的超快激光脈沖。

    近日,華東師范大學精密光譜科學與技術國家重點實驗室曾和平教授課題組在超快激光領域取得重要進展,該團隊首次實現了一種被稱之為“呼吸子”的超快激光脈沖。研究成果“Breathing dissipative solitons in mode-locked fiber lasers”于2019.11月發表于《科學》(Science)雜志子刊Science Advances上。該論文以華東師范大學為第一完成單位,英國阿斯頓大學為合作單位。曾和平教授為論文唯一通訊作者,彭俊松副研究員為第一作者。

     

    《科學》子刊刊登曾和平教授課題組研究成果

    會“呼吸”的非線性波卻探測、產生兩難

    光孤子一直是非線性光學研究前沿,它是光束在傳播過程中由非線性效應平衡衍射/色散效應的結果,通俗來說,孤子是一種在傳輸時不會發散的波包。而與之不同的是,呼吸子在傳輸過程中其大小會發生周期性變化(周期性地發散再匯聚),好像人在不斷地呼氣(發散)、吸氣(匯聚)的過程。由于呼吸子這種非線性波和許多非線性現象有著內在關聯,有助于理解例如怪波(rogue wave),湍流,颶風,海嘯等極端現象,引發學界的廣泛關注。 

    此前,呼吸子的產生局限于能量保守系統,例如水波、單通光纖系統。然而大量現實世界的物理系統都是耗散系統,那呼吸子是否也可以在耗散系統里產生?該課題組注意到飛秒激光器是一個典型的耗散系統,最近的理論模擬表明飛秒激光器可能可以產生呼吸子。然而實驗上產生呼吸子的難點在于理論模型過于簡化,很難與復雜的飛秒激光系統相聯系。此外,呼吸子在納秒量級快速變化,傳統探測技術響應時間在毫秒量級,根本無法探測到呼吸子。

    揭示呼吸子和呼吸子分子的“面貌”

     

    圖1.呼吸子高速演化動力學。A,B分別是呼吸子的光譜和時域的周期性演化。橫坐標是距離。隨著距離的增加可以看出呼吸子的光譜和時域均出現周期性變化。當增強非線性時,呼吸子的這種周期性變化會變弱(D,E),進一步增強非線性時,孤子會出現。G,H是孤子的光譜和時域,由圖可以看出這兩個參量在傳輸過程中均保持不變。

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