科學家首次捕捉到亞諧波析出呼吸孤子—新聞—科學網

2021-01-08 科學網

 

上海交通大學物理與天文學院詹黎課題組在超快雷射領域獲重要進展，首次在超快雷射器中產生並觀察到亞諧波析出呼吸孤子。該研究成果近日發表於《物理評論快報》。

光孤子是一種傳輸過程中波形不發生改變的波包，是色散和非線性共同作用的結果。呼吸孤子和許多非線性現象有內在關聯，有助於理解例如怪波、湍流、颶風、海嘯等極端現象，並在超快雷射產生及雷射穩頻等領域具有直接應用，引起學界廣泛關注。

研究人員研究了超快雷射器中亞諧波析出呼吸孤子現象，發現在呼吸頻率接近腔頻的亞諧波頻率時，系統的兩個本徵頻率會發生耦合，呼吸頻率被鎖定到腔頻的亞諧波，實現亞諧波析出呼吸孤子。因此，研究人員提出異常點耦合模型解釋了這種呼吸孤子超快雷射的產生機制。

要在實驗上驗證呼吸孤子的亞諧波析出效應，就要證明一個呼吸周期裡的所有孤子都被鎖定。然而孤子脈衝寬度一般在百飛秒量級，其單個脈衝形狀及飛行時間難以被精確測定。而基於脈衝強度和重複測量等手段因其測量誤差的影響，不足以說明呼吸孤子的亞諧波效應。 「因此，研究人員開發出了一套精度達20阿秒（10-18s）的超快時間事件單點測量系統：色散時域幹涉儀，使單點精確測量孤子間相互作用和脈衝形狀成為了可能。」詹黎告訴《中國科學報》，基於此項技術，捕捉到相鄰孤子間的相對時間和相位信息，發現呼吸孤子的相對時間和相位可以被嚴格局域在一些分立的點，從而驗證了呼吸孤子的亞諧波效應。

同時，研究人員還發現亞諧波析出效應可以顯著提高呼吸孤子的穩定性，極大地降低雷射輸出的噪聲水平，從而有效提高呼吸孤子雷射器的性能，對開發雷射穩頻及雷射頻梳應用有重要意義。詹黎表示，利用這種特性，還可在非線性微腔中捕捉亞諧波呼吸孤子，這將有助於超高重複頻率的測量和微腔頻梳的穩頻。

相關論文信息：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.163901

 

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