在光舞蹈的光孤子

光孤子是一种非色散的波包，在非线性光学和其他非线性波系统中的关键特征。理论家们早已预言，孤子可以结合在一起形成的“分子”，在一些相对简单的实验案例中已经都证实了这一特性。现在，德国和美国的研究人员已经进行了多次孤子分子光谱的分析，他们利用激光谐振腔进行相应研究，获得了孤子对甚至三胞孤子的动力学特性。 iVnrv`k,  
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　　光纤中的光通常表现为其频率分量的线性和。由于不同的频率在光纤中以不同的速度传播，所以激光脉冲在传输过程中会逐渐散开。然而，在高功率，玻璃纤维的折射率变得非线性，所以更高强度的脉冲传播更慢。这种作用将脉冲推到一起，在特定的条件下，这两种效应可以相互平衡，形成孤子，这种波传输过程中永远没有色散存在。 nvpdu)q<  
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　　这些非线性效应也可以让不同的光脉冲相互影响。“你有两个均衡脉冲，当他们进入对方的势力范围，就会想光剑一样开始相互弹跳！”德国哥廷根大学的Claus Ropers说。在某些条件下，它们也可以形成束缚态。 UAH} ])U  
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　　相对运动 }^P(p?~  
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　　孤子分子是在激光腔内曾被观察到，但只有当脉冲移动步调一致时才会发生。“如果你有两个孤子脉冲在腔内稳定循环，你可以看到单纯的激光光谱，”Ropers解释说。几十年的模拟表明，这种情况下，脉冲稳定运行，是一个更广泛更丰富的数学条件下可能的孤子动力学的一个子集。然而，孤子对在恒定的相对运动情况下在以前从未被实时观察到。 #!9aTp).AL  
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　　“一旦孤子开始移动，激光的光谱完全淘汰，”Ropers说，“你什么都没看到。基本上，你需要测量每一个激光的光谱。”孤子以光的速度来回反弹，然而，这是一个几乎不可能完成的任务。 hIP
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　　在新的研究中，Ropers和他的同事在哥廷根大学和洛杉矶的加利福尼亚大学，开发了一个巧妙的相对简单的技术，他们称之为“实时频谱干涉”。每次孤子对其激光腔的部分反射镜反弹时，光的一小部分逸出至一个一公里长的光纤中。 g8}/Ln*W'  
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　　“这中能量非常少，没有足够的强度来创建在光纤的非线性效应，所以只是看到分散的脉冲，”团队成员George Herink解释说。“因此，脉冲会在一定时间内分散，直到它们再次重叠。当他们重叠干扰，然后频谱会对原始时间进行模式编码。”这使得团队捕捉到一个几纳秒内的光孤子如何演化的动态过程。 8pt;''  
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　　高功率三胞孤子 z26zl[.  
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　　研究人员首先创造了光腔中两孤子，并操纵他们接近直到他们形成了一个静态的束缚态。他们也观察孤子与固定的相对位置，但有不断发展的相对相位。孤子对的相对位置不断变化，Herink说：“第一个脉冲更强烈，所以它跑得慢一点，因为非线性折射率。第二个脉冲因此赶上：当它们足够接近时，另一个非线性效应使它们再次相互排斥。这类物质可以连续发生，我们在数据中看到的是两个脉冲不断地改变它们的距离，”研究小组还观察到非常高功率的孤子三胞胎，发现当它们稍微降低功率时，三重态成为一对孤子。 <@5#  
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　　打算更详细地研究它们的孤子。“这项工作是一个万花筒般的现象，你可以看到，”Ropers说。“我们描述了一系列不同的解决方案，但这里涉及到很多个物理参数，到底是什么导致这些变化。”他说这个设置为“模拟器”孤子动力学，在许多其他的物理系统中都有出现，其中一些，如玻色爱因斯坦凝聚的超冷气体，很难利用实验进行调查。除此之外，Herink说，如果研究人员可以控制两个脉冲之间的时间滞后的演变，这对于那些用泵浦探测光谱跟踪超快反应动力学的化学家将会十分有用。 3}n=od=  
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　　这一研究已经发表在《科学》杂志上。 Bn47O~  
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　　原文来源：http://physicsworld.com/cws/article/news/2017/apr/06/soliton-molecules-dance-in-a-kaleidoscope-of-light