波动世界的独行者——孤子的近期研究进展

孤子(Soliton)又称孤立波，是一种特殊形式的超短脉冲，或者说是一种在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变的脉冲状行波。有人把孤子定义为：孤子与其他同类孤立波相遇后，能维持其幅度、形状和速度不变。

孤子是自然界中一种基本的非线性波动传递形式，广泛存在于物理学各个领域，如等离子物理学、高能电磁学、流体力学和非线性光学等。对于激光系统，孤子在构建新型光电子器件方面有着重要的应用。

波兰的一名研究人员与德国、澳大利亚和新加坡的研究人员共同合作，实现了对微腔激光中空间耗散孤子的观测。通过条纹相机和普林斯顿仪器的HRS光谱仪、NIRvana近红外相机等仪器，采用红外光谱和动量空间光谱对器件的发射特性进行了表征。通过HRS系统的第二端口，利用条纹相机进行时间相关光谱分析。

当色散或衍射的影响被非线性补偿时，孤子是局域的、稳定的波。当系统中存在增益和损耗时，必须在它们之间取得平衡，以维持局部耗散模式。半导体微腔激光器可产生耗散孤子，作为全光信息处理的基本单元。然而，这需要精确的双稳条件，而双稳条件是由相干反馈产生的，在实验中很难实现。该文章，通过上图所示的实验结构，提出了一个概念验证的空间耗散孤子的实验。

一维微腔激光的增益固定耗散孤子及其实验特性

该文章中按照现有的理论，实验性的完成了在半导体微腔激光器中实现一维空间耗散孤子。利用非共振光泵来塑造微腔激光器的空间增益剖面，以创建空间局域模式，并通过非线性损耗和有限衍射体积进行稳定。并且研究了增益固定孤子的超快形成动力学，发现它们的形成速度在皮秒级，比激光腔孤子快几个数量级。该方法为半导体器件中光约束的超快全光操纵提供了新的可能性。

孤子产生和衰变的实验动力学

实验中使用脉冲激励，由于系统中载流子和空腔光子的寿命有限，导致了非平稳衰减的激光模式。因此，在时间分辨实验中用条纹相机对孤立脉冲的形状和动力学进行了分析。

仪器特征

01、NIRvana相机的特点

NIRvana相机系列

InGaAs 640 x 512聚焦面, 20 µm /pixel

大视场

高动态范围

LN冷却相机

高灵敏度、高帧率和灵活性

0.9 µm到1.7 µm SWIR 波段响应灵敏

适用于多种应用

在0.95 um至1.5 um范围内QE> 85%

热电冷却到-85ºC

风冷深度制冷至-85ºC

液氮制冷可至-190ºC

暗噪声低

允许长达几分钟的积分时间

综合冷屏蔽极限环境热背景

02、HRS光谱仪的特点

多个出口端口

多个出口端口为多检测器操作提供了无与伦比的通用性;

允许安装两个探测;

可以从普林斯顿仪器覆盖UV到SWIR 的CCDs和InGaAs相机中选择探测器 ;

可同时作为单色仪和光谱仪使用

高效的Acton光学镀膜

Acton #1900增强铝镜，从193nm到中红外波段具有极高的反射率。

可选的Acton保护银涂层，提供平均的> 98%的反射率，比传统的银涂层增加了吞吐量。

可选的近红外金镀层

审核编辑 黄宇