杭高院激光感知团队在顶级学术期刊《物理评论快报》上发表研究论文

近日，浙师大杭州高等研究院激光感知团队与浙江大学、以色列特拉维夫大学等单位合作在物理学国际顶级学术期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters, PRL)上发表研究论文，题为“Dichromatic Breather Molecules in a Mode-Locked Fiber Laser”。 PRL是美国物理学会旗舰期刊，是物理学领域最具影响力和高曝光度的综合性期刊，其论文接收标准主要为开创新方向，解决重要难题，发展新方法，并引发广泛兴趣。

孤子是自然界中一种基本的非线性波动传递形式，它在光通讯、流体动力学、等离子体、神经科学等诸多领域应用广泛。孤子可以表现出类似粒子的行为，如碰撞、吸引和排斥。类似于化学反应中通过强力的化学键链接组合实现原子之间平衡的分子，两个或多个孤子也可以通过强相互作用结合在一起，形成具有特定间距和相位的束缚态或孤子分子。孤子分子的出现对于光纤激光器的工作状态、光学模拟、通信以及编码等方面都有着重要应用前景。随着超快时域光学技术的发展，对于孤子分子间的相互作用，包括形成、振动、合成以及解离等超快过程都得以揭示。随着对孤子分子动力学特性的深入研究，人们对其演化机制认识更为清晰，从而可以实现全光调控。近年来，由携带不同波长的多个孤子形成的多色孤子分子也引起了大家的注意，其拓展了孤子分子与物质分子的类比度。但直到现在，还没有人能够观察到当两个光孤子具有不同波长时，是否会发生类似的振动动力学。

双色呼吸孤子分子时频动力学

作者设计了一种基于交叉相位调制效应的被动同步多波长锁模光纤激光器，通过巧妙设计光纤激光系统，利用时域拉伸和色散时延自干涉技术，实现了双色孤子分子呼吸动力学的时频观测。对相邻的两个光孤子建立了实时光谱干涉，从而探测到了双色孤子分子的时域振动过程。结果表明，不同波长的两个孤子间的呼吸动力学中存在中心波长以及时域位置的失相行为，这种现象类似于机械中的耦合谐振子。当两个谐振子具有相同质量时，其表现为同步振动（in of phase），而当质量不同时，其表现为异步振动（Out of phase）。研究还表明，光“分子”的行为可以通过微调激光腔来改变，验证了Q开关不稳定性与锁模激光器中呼吸特性之间的关系。这些研究有助于人们拓展孤子分子与物质分子之间的类比度，通过创建多色孤子对并对其进行操作，可以实现光学系统中原子分子的多维模拟，并对超短脉冲激光器的设计和应用具有重要的意义。

耦合谐振子模型

在该课题研究中，2021年入职浙师大的张裕生博士作为共同第一作者之一，负责了该激光系统的搭建及仿真模拟等工作。张裕生博士一直从事飞秒超快激光、孤子分子动力学研究，入职浙师大以来已经在Optics and Laser Technology等期刊发表论文10篇，主持省基金1项、产学研合作项目1项。课题合作者包括浙江大学光电学院崔玉栋博士（通讯作者），浙江师范大学杭州高等研究院陈达如研究员、陶陈凝博士，中电四十一所黄琳博士，浙江大学光电学院刘旭教授和匡翠芳教授，以色列特拉维夫大学的Boris A. Malomed教授等人。该工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、浙江师范大学校内自主设计项目、以色列科学基金等项目的支持。

杭州高等研究院激光感知团队以让激光提升人类的感知能力为愿景，致力于激光感知技术创新及应用，开展激光器、激光雷达、激光光谱、微纳光学传感等相关技术及其在医疗、环境、工业等领域应用的研究。（浙江师范大学）