华东师大科学家首次实现“呼吸子”超快激光脉冲

近日，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教授课题组在超快激光领域取得重要进展，该团队首次实现了一种被称之为“呼吸子”的超快激光脉冲。研究成果“Breathing dissipative solitons in mode-locked fiber lasers”于2019.11月发表于《科学》（Science）杂志子刊Science Advances上。该论文以华东师范大学为第一完成单位，英国阿斯顿大学为合作单位。曾和平教授为论文唯一通讯作者，彭俊松副研究员为第一作者。

 

《科学》子刊刊登曾和平教授课题组研究成果

会“呼吸”的非线性波却探测、产生两难

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（周期性地发散再汇聚），好像人在不断地呼气（发散）、吸气（汇聚）的过程。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。然而大量现实世界的物理系统都是耗散系统，那呼吸子是否也可以在耗散系统里产生？该课题组注意到飞秒激光器是一个典型的耗散系统，最近的理论模拟表明飞秒激光器可能可以产生呼吸子。然而实验上产生呼吸子的难点在于理论模型过于简化，很难与复杂的飞秒激光系统相联系。此外，呼吸子在纳秒量级快速变化，传统探测技术响应时间在毫秒量级，根本无法探测到呼吸子。

揭示呼吸子和呼吸子分子的“面貌”