2021 年 6 月 29 日,德国埃尔兰根,马克斯普朗克光科学研究所的一个科学家团队开发了一个称为平行光孤子反应器的平台,可以承载孤子分子的大规模动态事件。研究人员说,平行反应器类似于化学反应器,可以隔离和承载多个孤子,然后通过各种全光学方法操纵它们的相互作用。


科学家开发了新型平行光孤子反应器:可以隔离和承载多个孤子

基于锁模环形光纤激光腔的平行光孤子反应器示意图(a)。PCF 启用的时间光机械 (OM) 晶格提供了用于承载平行孤子相互作用的捕获电位,同时可以应用全局和单独操作来控制相互作用。PCF 微观结构 (b)。平行俘获电位中受控孤子反应的示意图 (c)。每个反应器中捕获的孤子元素可以在相位不相关的长程束缚态和锁相孤子分子之间转换,对应于孤子分子的合成和解离,由 He 等人提供


通过同时使用数百个这样的平行反应器以及精心准备的初始状态和控制技术,可以大量启动孤子粒子的按需合成和解离。这个过程可以揭示本质上随机的多孤子动力学的新全景。


此外,研究人员可以从大规模平行反应中识别出的统计规则类似于经典的化学动力学。


这项工作的结果将使科学家能够更深入地了解孤子动力学,这将使非线性系统的基础研究人员和涉及大量光学孤子的实际应用受益。


并行光孤子反应器基于使用光声锁模光纤激光器创建的独特光机械晶格。晶格的一个组成部分是一小段光子晶体光纤 (PCF),一种特殊的微结构光纤,其微芯被一系列空心通道包围。


研究人员说,当插入到传统的锁模光纤激光器中时,PCF 会提供声学共振,通常在 GHz 区域,光纤腔可以通过它分成数百个时隙。每个槽对应一个声振动周期,从而形成光机械晶格。每个时隙或晶格单元可以容纳多个孤立子,这些孤子与其他时隙隔离并可以被操纵,起到许多平行反应器的作用。在这些反应器中,反应物是光孤子,而不是真正的原子和分子。


科学家开发了新型平行光孤子反应器:可以隔离和承载多个孤子


研究人员还表示,由光机晶格承载的每个平行反应器中孤子相互作用的按需控制是这项工作的重大突破。该团队将这些方法分为两类。一种依赖于同时影响所有反应堆的激光腔扰动,这被称为全局控制。另一种使用外部脉冲在选定的反应器上引起扰动而不影响其他反应器,这称为单独控制。


通过仔细调整激光腔,研究人员同时启动了数百个孤子分子合成/解离事件。他们使用色散傅里叶变换 (DFT) 方法来捕获每个反应器中的瞬态多孤子动力学。通过分析实验中记录的平行事件的特征,该团队揭示了多孤子动力学的许多特征,包括模拟经典化学动力学的统计规则。团队说,这表明了集体层面的物质-光类比。


研究人员补充说,他们希望在其他平台上实现并联反应器的概念,例如使用大量微谐振器。


该研究发表在Light: Science & Applications。



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