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中国科学家首次捕捉到会“呼吸”的激光

将有助研究怪波、湍流、飓风、海啸等极端现象


  来源: 中国科学报 时间:2019-11-13 作者:卜叶 黄辛
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最近,华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室曾和平课题组首次获得了一种被称为“呼吸子”的超快激光脉冲。这是中国科学家在超快激光领域取得的重要进展,相关成果发表于《科学》(Science)杂志子刊《科学进展》。

■ 该课题组曾和平教授(左)与彭俊松副研究员


光孤子一直是非线性光学研究前沿,它是光束在传播过程中由非线性效应平衡衍射/色散效应的结果。通俗来说,孤子是一种在传输时不会发散的波包。而与之不同的是,呼吸子在传输过程中其大小会发生周期性变化,即周期性地发散再汇聚,好像呼吸的过程:吸气—汇聚,呼气—发散。


由于呼吸子这种非线性波和许多非线性现象有着内在关联,有助于理解例如怪波(rogue wave),湍流,飓风,海啸等极端现象,引发学界的广泛关注。


此前,呼吸子的产生局限于能量保守系统,例如水波、单通光纤系统能够产生呼吸子。然而,大量现实世界的物理系统多为能量耗散系统,那呼吸子是否也可以在耗散系统里产生?


为了揭示呼吸子和呼吸子分子的“面貌”,课题组首次确立了通用的、可靠的在激光器中激发呼吸子的方法。其中,非线性管理是激发呼吸子的关键。呼吸子激光器输出的脉冲光谱、时域宽度和能量会周期性迅速改变。利用色散傅里叶变换法,该团队通过实验首次揭示了呼吸子的光谱和时域实时演化动力学特性。

■ 首次确立了通用的、可靠的在激光器中激发呼吸子的方法


研究发现,传统飞秒激光器输出的是能量均匀的脉冲序列。呼吸子激光器打破了这种能量均匀化分布,某些激光获得极高能量往往是以牺牲其他激光的能量为代价,这种极高能量的脉冲有望在非线性光学领域获得应用。


该课题组认为,呼吸子激光器的诞生会引起激光领域的极大兴趣,这是一种全新的激光工作模式。飞秒激光器是典型的朗道方程描述的普适系统,因此该工作也会在其他相关领域获得广泛关注。尤其是,该研究将推动呼吸子和呼吸子分子在等离子物理、原子分子物理、海洋学、化学等领域的研究。

关键词:精密仪器 国家重点实验 激光    浏览量:467

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