光畴壁型暗孤子
由光孤子理论可知,非线性薛定谔方程会给出两种孤子解:亮孤子和暗孤子。取决于色散和非线性之间的关系:在正色散,能支持稳定的暗孤子存在;在反常色散区间,能支持稳定的亮孤子。上述结论对于孤子研究者来说,几乎可以认为是真理了。按照目前的理论和实验发展来看,上述结论还是正确的,虽然有些特例,但是基本上也只是对非线性薛定谔方程的修正。然而,在基于谐振腔的光孤子系统中,除了非线性薛定谔方程(来预测孤子的各种特性)以外,还有另外一种非线性机制来决定孤子的动力学。那就是增益竞争,该机制跟非线性薛定谔方程是平行独立的,两者是互不干扰但又能共同存在。。。研究者往往只注意到非线性薛定谔方程对孤子动力学的影响,却忽视了增益竞争也能产生新型的光孤子。
由于增益竞争的普世性,且跟色散是无关的。所以,无论正负色散,在适当的实验条件下,增益竞争总是能产生亮孤子或者暗孤子以及矢量亮暗孤子。考虑到基于增益竞争而产生的新型光孤子不同于(NLSE)非线性薛定谔方程型光孤子,我们命名该类孤子为光畴壁型光孤子。
在磁学中,磁畴(magnetic domain)是指磁性材料内部的一个个小区域,每个区域内部包含大量原子,这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列,但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。磁畴壁(magnetic domain wall )就表示磁畴A和磁畴B之间的交界面。
跟磁类似,光也是有光畴(optical domain)和光畴壁(optical domain wall)的。相关的研究还只是刚刚起步,不像磁畴已经研究上百年了。借用磁畴的定义,我就斗胆给光畴和光畴壁下个粗糙的定义。
在光学中,光畴(optical domain)是指在一定时间或者空间区域中,每个区域内部包含大量光子,这些光子的电矢量朝同一方向转动,顺时针(右旋)或者逆时针(左旋),但相邻的不同区域之间(时间或者空间),光子的电矢量朝另外的方向转动,逆时针(左旋)或者顺时针(右旋)。光畴壁(optical domain wall )就表示左旋光畴A和右旋光畴B之间的交界面。
记得物理所的一个师兄说过,所谓的domain很好理解,有相变就有domain,有接触就有domain wall,油和水不相溶就是两个domain。呵呵,相通了确实很容易。。。关于光畴和光畴壁,意味着有两组光子(左旋和右旋)相互排斥,泾谓分明,但是它们之间又不能分开,相互耦合在一起。。。通过它们之间的非线性作用力,千变万化,形成各种不同的光学结构。。。。令我们不得不惊叹光的神奇,怪不得爱因斯坦最想搞明白的就是光。
虽然光畴和光畴壁这方面的研究非常少,还没能引起非线性光学界的足够重视,也许是因为目前还不能找到很好的应用吧,如果只是个人兴趣爱好,只能发些有一定学术价值的文章而已,最终只能回归平凡。。。不过我们还是有信心找到一些可能的应用的,比如基于旋光材料的光存储。。。
我们的研究发现,在较低pump条件下,光畴壁型光孤子的两偏振分量分别是反相位的方型脉冲(antiphase square pulses),但当pump升高到一定阈值以上,总光畴壁型光孤子将会变成朝下的暗脉冲,如下图所示:我们命名为光畴壁型暗孤子。其垂直分量仍为方型脉冲。
实验观察到的光畴壁型光孤子的某分量及总的强度
进一步理论研究能够很好地解释了实验所观察到的光畴壁型暗孤子
理论计算得到的光畴壁型光孤子的两分量
理论计算得到总的光畴壁型光孤子及椭圆率
相关论文 OPTICS EXPRESS Vol. 18, No. 5 /4428
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Vector dark domain wall solitons in a fiber ring laser H. Zhang, D. Y. Tang*, L. M. Zhao and R. J. Knize |