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在光舞蹈的光孤子  光纖中的光通常表現(xiàn)為其頻率分量的線性和。由于不同的頻率在光纖中以不同的速度傳播，所以激光脈沖在傳輸過程中會逐漸散開。然而，在高功率，玻璃纖維的折射率變得非線性，所以更高強度的脈沖傳播更慢。這種作用將脈沖推到一起，在特定的條件下，這兩種效應(yīng)可以相互平衡，形成孤子，這種波傳輸過程中永遠沒有色散存在。 這些非線性效應(yīng)也可以讓不同的光脈沖相互影響�！澳阌袃蓚�均衡脈沖，當(dāng)他們進入對方的勢力范圍，就會想光劍一樣開始相互彈跳！”德國哥廷根大學(xué)的Claus Ropers說。在某些條件下，它們也可以形成束縛態(tài)。 相對運動 孤子分子是在激光腔內(nèi)曾被觀察到，但只有當(dāng)脈沖移動步調(diào)一致時才會發(fā)生。“如果你有兩個孤子脈沖在腔內(nèi)穩(wěn)定循環(huán)，你可以看到單純的激光光譜，”Ropers解釋說。幾十年的模擬表明，這種情況下，脈沖穩(wěn)定運行，是一個更廣泛更豐富的數(shù)學(xué)條件下可能的孤子動力學(xué)的一個子集。然而，孤子對在恒定的相對運動情況下在以前從未被實時觀察到。 “一旦孤子開始移動，激光的光譜完全淘汰，”Ropers說，“你什么都沒看到�；旧希阈枰獪y量每一個激光的光譜�！惫伦右怨獾乃俣葋砘胤磸�，然而，這是一個幾乎不可能完成的任務(wù)。 在新的研究中，Ropers和他的同事在哥廷根大學(xué)和洛杉磯的加利福尼亞大學(xué)，開發(fā)了一個巧妙的相對簡單的技術(shù)，他們稱之為“實時頻譜干涉”。每次孤子對其激光腔的部分反射鏡反彈時，光的一小部分逸出至一個一公里長的光纖中。 “這中能量非常少，沒有足夠的強度來創(chuàng)建在光纖的非線性效應(yīng)，所以只是看到分散的脈沖，”團隊成員George Herink解釋說。“因此，脈沖會在一定時間內(nèi)分散，直到它們再次重疊。當(dāng)他們重疊干擾，然后頻譜會對原始時間進行模式編碼�！边@使得團隊捕捉到一個幾納秒內(nèi)的光孤子如何演化的動態(tài)過程。 高功率三胞孤子 研究人員首先創(chuàng)造了光腔中兩孤子，并操縱他們接近直到他們形成了一個靜態(tài)的束縛態(tài)。他們也觀察孤子與固定的相對位置，但有不斷發(fā)展的相對相位。孤子對的相對位置不斷變化，Herink說：“第一個脈沖更強烈，所以它跑得慢一點，因為非線性折射率。第二個脈沖因此趕上：當(dāng)它們足夠接近時，另一個非線性效應(yīng)使它們再次相互排斥。這類物質(zhì)可以連續(xù)發(fā)生，我們在數(shù)據(jù)中看到的是兩個脈沖不斷地改變它們的距離，”研究小組還觀察到非常高功率的孤子三胞胎，發(fā)現(xiàn)當(dāng)它們稍微降低功率時，三重態(tài)成為一對孤子。 打算更詳細地研究它們的孤子。“這項工作是一個萬花筒般的現(xiàn)象，你可以看到，”Ropers說。“我們描述了一系列不同的解決方案，但這里涉及到很多個物理參數(shù)，到底是什么導(dǎo)致這些變化�！彼f這個設(shè)置為“模擬器”孤子動力學(xué)，在許多其他的物理系統(tǒng)中都有出現(xiàn)，其中一些，如玻色愛因斯坦凝聚的超冷氣體，很難利用實驗進行調(diào)查。除此之外，Herink說，如果研究人員可以控制兩個脈沖之間的時間滯后的演變，這對于那些用泵浦探測光譜跟蹤超快反應(yīng)動力學(xué)的化學(xué)家將會十分有用。 這一研究已經(jīng)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。 原文來源：http://physicsworld.com/cws/article/news/2017/apr/06/soliton-molecules-dance-in-a-kaleidoscope-of-light |