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前沿光子学理论研究取得系列进展

发布时间:2019-09-17 来源: 责任编辑:责任编辑NO。石雅莉0321

根据新式激光场结构的光场调控是当时光学与光子学范畴的重要研讨方向。光场调控首要分为线性调控(如调控色散和衍射、角动量、自旋轨道耦合)和非线性调控(调控介质的非线性特性,如非线性光子晶体)两种手法。在量子多体物理和凝集态物理范畴,如物质的第五态玻色-爱因斯坦凝集态(前四种物质为固体、液体、气体和等离子体)也存在相似的调控办法,谓之量子调控——其间试验科学家最广为选用的两种办法是光晶格(线性调控)和费希巴赫共振(非线性调控)。

玻色-爱因斯坦凝集(更广泛地说,冷原子)是一种天然的非线性物质,由于其内部原子-原子之间的彼此磕碰会发生非线性效应;为此,玻色-爱因斯坦凝集中涌现出许多非线性现象,比方物质波的四波混频、亮孤子和暗孤子、涡旋与涡旋晶格、动态不安稳性等。除了在根底科学研讨的重要效果,玻色-爱因斯坦凝集在实践运用中还具有宽广的远景,比方用作冷原子干涉仪、原子激光器、具有史无前例精度的冷原子钟和精细丈量技能,以及更令人兴奋的量子信息处理范畴。

近期,中国科学院西安光学精细机械研讨所瞬态光学与光子技能国家重点试验室阿秒科学技能研讨方向副研讨员曾建华团队在前沿光子学的线性和非线性调控理论研讨方面获得系列发展,研讨效果宣布在Advanced Photonics、Optics Letters、Journal of the Optical Society of America B等光学期刊上。

8月27日,标题为《软禁于光晶格带隙中的玻色-爱因斯坦凝集暗局域模》(Gap-type dark localized modes in a Bose–Einstein condensate with optical lattices)的理论研讨作业宣布在光学期刊Advanced Photonics。将冷原子捆绑于光晶格中为研讨各种风趣的物理特性和丰厚的非线性动力学现象供给了一个洁净的、易于完成和准确控制的试验渠道,这与固体物理中的晶体比较具有明显的优势。光晶格作为易完成和易操作的多功能手法,存在相似于半导体材猜中的能带结构,在探究玻色-爱因斯坦凝集特性和控制其动力学方面具有得天独厚的优势,一个标志性效果就是在试验中用光晶格完成亮的物质波带隙孤子。但是,暗的带隙孤子仍未在试验中观测到,其在高维度的物理特性依然悬而未决。宣布在Advanced Photonics的作业经过严厉的理论和数值模仿办法,研讨了软禁于一维和二维光晶格带隙中的冷原子暗局域模的发生和安稳特性,发现了两类安稳的暗局域模,即暗的带隙孤子和带隙孤子簇;一起,研讨了在二维结构中这两类暗局域模所对应的涡旋态。研讨作业为在冷原子和光学(运用光子晶体和光学晶格)前沿试验中观测暗的局域带隙波结构拓荒了新的途径。鉴于该作业的立异性和重要性,论文宣布当天就被SPIE(世界光学工程学会)主页选为“Highlighted stories”(亮点故事)并加以宣扬介绍。

该团队在非线性孤子理论方面也获得系列成果,如标题为《纯克尔非线性模型/介质中的平顶孤子》(Purely Kerr nonlinear model admitting flat-top solitons)的理论研讨作业宣布在Optics Letters。文章初次凭借纯非线性调控办法猜测了一类新式的孤子结构,并经过解析和数值核算两种办法研讨了平顶孤子和非线性激起模(多级偶极子和涡旋)结构的存在条件和安稳性状况。

5月17日,标题为《具有空间周期性调制非线性(非线性晶格)的分数薛定谔方程中的一维孤子》(One-dimensional solitons in fractional Schrodinger equation with a spatially periodical modulated nonlinearity: nonlinear lattice)的理论研讨作业再度宣布在Optics Letters。文章初次结合非线性调控办法和线性衍射调控办法,经过严厉的理论剖析和数值试验,研讨了多种一维孤子结构(基态模和激起模)的发生条件和在各种调制物理参数状况下的安稳特性。此外,标题为《具有空间调制排挤非线性效果的超冷原子中的类高斯和平顶孤子》(Gaussian-like and flat-top solitons of atoms with spatially modulated repulsive interactions)的理论研讨作业于7月29日宣布在Journal of the Optical Society of America B。

以上研讨作业得到国家自然科学基金和中科院青年立异促进会的支撑。

图1. 二维空间中的带隙型暗孤子与暗孤子簇的三维结构图(上行)、俯视图(中行)及其波形(下行):坐落榜首(a)和第二(b)带隙中的暗孤子;(c)暗孤子簇。[Advanced Photonics 1, 046004 (2019)]

图2. 纯非线性调控下的一维平顶孤子。基模(a);偶极(b)和三极(c)激起模。红线为非线性势阱形状。[Optics Letters 44, 001206(2019)]

图3. 分数衍射调控和非线性晶格调控下的一维孤子结构。(a)基模与高斯光(虚线)的波形比照;在不同非线性强度(b)、传播常数(c)和衍射阶数(d)下的激光波形改变状况。[Optics Letters 44, 002661 (2019)]

图4. 在空间调制排挤非线性超冷原子中的平顶涡旋波结构的动力学演化。在角动量守恒条件下,涡度为2(榜首行)和3(第二行)的涡旋波结构别离演化成2个和3个旋转的单涡旋。[J. Opt. Soc. Am. B 36, 002278 (2019)]

来历:中国科学院西安光学精细机械研讨所

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