| 查看: 6320 | 回复: 26 | |||||||
| 本帖产生 2 个 物理EPI ，点击这里进行查看 | |||||||
zhangwhu木虫 (小有名气)
|
[交流]
【交流】暗孤子背后的故事已有9人参与
|
||||||
|
暗孤子背后的故事： 承蒙光学版版主的邀请总结一下我们的研究，希望能跟大家多多交流合作！ 2010年乃激光器诞生50周年，毫无疑问，激光技术是20世纪最重要的发明之一。它不仅仅改变了人类的生活方式（比如光通信网络），而且它还为人类提供了探索物质更本质特性的强有力工具（比如物质的非线性光学响应）。无论是从技术革命还是物理基础研究角度来说，激光器的发明都具有里程碑的意义。 无论哪种激光器，研究者都会从三个角度来研究激光的特性：时域，频域以及空间。其中，激光在时域的特性最受大家关注。如果仅考虑激光在时域的特性，大致可以分为三种状态： 1） 无序态或混沌态。即任意时刻，输出光强一直都处于较高非零值并有一定能量起伏，说得到的激光通常称为连续光。在当代光通信技术中，广泛使用的就是连续光，在输入端通过调制有效信号到连续光上面，就可以把信息传播到相应的接收端。对于连续光，研究的热点应该就是多波长，窄线宽及宽带调谐；  连续光状态 2） 有序态a，亮脉冲态。即在大部分时刻，输出光强一直处于较低值，激光器“开关”一直处于关闭状态。但是在某些特定时刻，激光器 “开关”会突然打开，输出光强会突然指数级增加，形成朝上正脉冲，研究者称之为亮脉冲。通常的亮脉冲激光器可以分为调Q激光器（脉冲宽度为ns量级）和锁模激光器（脉冲宽度为ps或fs量级）。亮脉冲激光器一直是激光器研究的重点，因为它可以产生高能量超短光脉激光器所产生的超短光脉冲不仅吸引科学家进行理论研究而且在各种应用方面引起工程师的广泛注意。例如：具有高强度的超短脉冲可广泛应用于传感，光通讯，生命科学领域（可用于矫正视力、检测和精确切除癌症、脑外科手术、治疗动脉瘤、心脏手术、美容、治疗烧伤）以及生产制造行业（激光切割，有效地帮助大规模且低成本制造复合材料，甚至房屋和办公楼的建设）。此外，由高脉冲强度导致的各种非线性也使得超快光学成为许多科学研究不可缺少的一个重要工具。 本课题组主要集中在研究亮脉冲锁模激光器，利用各种可饱和吸收体器件有望得到高能量窄脉冲。考虑到传统半导体可吸收镜SESAM具有如下缺点：a）制备工艺比较复杂使得成本高；b) 损坏阈值比较低使得使用寿命有限；c）工作波长范围比较窄；d）响应时间比较缓慢；等等，本课题组尝试着利用新型纳米材料：原子级石墨烯来替代传统的SESAM，进而克服上述缺点。本课题组首次利用原子级石墨烯的饱和吸收效应进而得到锁模光孤子，而且成功地获得高能量的超快锁模脉冲。相关工作发表在Advanced Functional Materials, 2010, DOI: 10.1002/adfm. 200901658，Advanced Functional Materials, 19, 3077–3083 (2009)及APL Vol. 95, pp.141103.等期刊上面。可以参考以前的帖子， http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1795534 http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1792032 http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1792023  石墨烯锁模得到的亮脉冲 3） 有序态b，暗脉冲态。即在大部分时刻，输出光强一直处于较高值，激光器“开关”一直处于开启状态。但是在某些特定时刻，激光器 “开关”会突然关闭，输出光强会突然指数级降低，形成朝小的负脉冲，研究者称之为暗脉冲。虽然从物理原理上很好理解暗脉冲的产生，但是由于实验条件的限制，研究者一直无法得到稳定的暗孤子激光源。所以，关于暗孤子方面的工作大部分集中在理论计算上面。早期实验中得到暗脉冲的办法都是间接得到的，比如，a）两束相位相差180°的光碰撞在一起的话，在光束碰撞的地方，会由于干涉相消而产生所为的漏斗（hole），研究者也称之为“暗脉冲”；b）利用phase modulator可以调制得到“暗脉冲”；c）利用FBG也能产生“暗脉冲”，等等。这些办法都需要所谓的外部强制调节手段产生所谓的“暗脉冲”，严格来讲，这些“暗脉冲”型似而神不似，不能称为严格物理意义上的暗脉冲。而且，都是对激光进行处理而形成的暗脉冲，不能直接从激光器中直接输出得到的。本课题组首次利用最简单的激光器，没有任何外界modulaotor,FBG等，只有增益光纤以及正色散的单模光纤直接输出稳定的暗脉冲。  暗脉冲激光器示意图  暗脉冲状态  相应的暗脉冲光谱 从光孤子领域的角度来看，暗脉冲的产生跟暗孤子息息相关。按照传统的光孤子理论，亮孤子只能存在于负色散的光纤中，暗孤子存在于正色散的光纤中。虽然这句话被孤子界重复了很多遍，但是大家只能在实验中观察到亮孤子，还没有一个很好的系统能产生暗孤子。虽然暗孤子理论研究已经很多了，但是讽刺的是，暗孤子居然缺乏强有力的实验证据。所以，当我们在2009年澳洲耗散孤子年会上面展示本课题组的暗脉冲/暗孤子工作的时候， http://www.plevin.com.au/acoftacols2009/ 引起了孤子理论学家的极大兴趣。在大会中，令我印象最深刻的一句话是“I am very happy today. I studied Ginzburg Landau equation for a life time but today I found that Ginzburg Landau equation was so accurate and could be that well reproduced in the fiber system. Particularly, the dark one。”是的呀，孤子理论学家才不在意我们得到的是暗脉冲还是暗孤子，他们认为是一回事情。我们的实验发现极大地支撑了他们的理论，当然非常高兴了。这项研究不仅仅首次得到了暗脉冲激光器，为研究暗脉冲各种特性铺平了道路，而且再次证明了光纤的魅力，简简单单的光纤对基础物理的贡献也是非常巨大的。几乎Ginzburg Landau equation所理论预言到的孤子都能在光纤中找到对应的实验解。而且光纤实验条件非常简单，很容易复现实验。如此简单的实验平台可以重复Ginzburg Landau equation的所有理论孤子解，从这个角度来讲，又有哪个系统可以同光纤媲美呢？ 也许正是因为本工作的重要性，被Optics Letters拖了长达6个月之久，最终被不公正的据稿了。幸运的是，Physics Review A在2009年9月接受了这篇文章（Physical Review A, 80, 045803 (2009)）。戏剧性的事情发生了，在2009年10月份，也就是本课题组关于暗脉冲激光器的工作已经发表之后，美国某知名大学某知名教授（IEEE Fellow级别）向Nature Photonics提交类似工作（也是关于暗孤子激光器）。它们的工作跟我们工作有一定程度的相似，如果是首次报道暗脉冲激光器，这篇文章上Nature Photonics绰绰有余，只可惜被我们抢先了，就不知道结果了。然后仔细分析一下我们当时投Optics Letters的责任编辑和该知名教授的关系，就能猜得出我们的文章为什么一直被Optics Letters拒了。这件事情教会我们，对于特别重要的东西（也许是一生才能碰到那么几次的机会），一定要抢先发布到自己最有把握的期刊上面。哪怕是Optics Communications，都值得发表。科研界不是一般的黑！咱们中国人做科研不是一般的被压迫！幸运的是，Nature Photonics的编辑很公正，认识到我们工作的重要性，所以就以Dark laser debut为题目，报道我们的工作： 参见：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=287133  下一步，欢迎大家一起来研究暗孤子/暗脉冲的各种物理性质。比如用于光通信传输信号，暗孤子/暗脉冲与分裂，暗孤子/暗脉冲与物理相互作用，暗孤子/暗脉冲的各种非线性效应（拉曼，SBS，SPM，XPM等等）。无论是理论上还是实验上研究暗孤子/暗脉冲都是崭新的。凡是亮脉冲能做的，暗脉冲都能做，考虑到亮的都被研究透彻了，现在是到了暗孤子/暗脉冲的时代了！ 其他的工作，在弱双折射铒光纤激光器中，本课题组还首次在实验中观测到了两种新型相位锁定的矢量孤子：相位锁定的暗－暗矢量孤子只能在正色散区间存在，但对于相位锁定的明－暗矢量孤子能够稳定存在于在正色散以及负色散区间。数值理论分析证实了实验结果而且进一步研究表明实验上所观察到的矢量孤子也就是理论上预言到的两种相位锁定的偏振光畴孤子。 矢量孤子通常可以分成三类：矢量亮－亮孤子，矢量明亮孤子以及矢量暗孤子。通常所研究并且得到的是矢量亮－亮孤子，即其两偏振分量皆为亮孤子，这是因为亮孤子更容易获得并且在光通讯上具有更广泛的应用。对于空间矢量光孤子而言，上述三种光孤子都被理论和实验相继证实过了。然而，对于时间光孤子，到底是否存在矢量明亮孤子还存在较大争议。虽然有很多理论工作证实了矢量明亮孤子的存在，但是在实验上一直没有得到验证。本课题组通过巧妙地设计激光器并且优化其工作参数，可以得到稳定的矢量明亮光孤子序列的输出。进一步研究表明，虽然亮孤子和暗孤子的孤子特性有截然不同的传输特性，但是矢量明亮光孤子的两个分量仍然能保持相同的传输速度，这是因为它们之间有较强的相干相互作用才能耦合在一起并使得它们的相位差一直保持恒定。考虑到该工作首次报道了矢量光孤子的第三种特殊形态，故能以较快的速度发表在PRB上面，并在发表之后，立即得到了同行的肯定。我们的理论模型也很好地解释了矢量明亮光孤子的存在，也进一步佐证了激光器完全可以提供一个很好的非线性平台去研究各种孤子的特性。并且，激光器中光孤子的理论完全可以应用到其他要用Ginsburg-Landau方程来描述的系统，比如波色爱因斯坦凝聚、流体力学以及超导态等。PRB 80, 052302 (2009). http://www.sciencenet.cn/upload/blog/images/2009/8/2009821171849703.gif 实验中观察到的矢量明暗光孤子，其中一个偏振分量为亮孤子，其垂直分量为暗孤子 后记：前几天，我还特意写了封email感谢Nature Photonics的编辑，感谢他们选我们的文章作为亮点文章。Nature Photonics的编辑很客气的回复我，他们也会经常关注光学前沿动态，对我们的工作也是关注很久了，如果我们有更好的工作或者发现别人有更好的工作，希望我能推荐给他们。呵呵，我还知道了一个秘密，Nature Photonics跟Nature Asia/Nature China好像关系很好，都是关注亚太地区的光学科研进展，所以亚太地区的工作会得到更多的关注。他们三个的Highlight news都是同一批人写的，故Nature Photonics的编辑也知道我们的另外一个关于石墨烯的工作被Nature Asia highlight的。如果做光学的朋友有比较好的原创性工作，不妨推荐给Nature Photonics吧！ 其他孤子工作总结： 1） 高阶矢量光孤子：Physical Review Letters, 101, 153904 (2008). http://www3.ntu.edu.sg/home2006/zhan0174/ 2） 感应光孤子：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=209103 3） 耗散型矢量光孤子 ：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=209095 4） 多波长耗散型光孤子：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=243065 5） 矢量孤子间能量交换：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=42469 我们也建了个非线性光学与光孤子研究QQ群，欢迎非线性光学与光孤子的同行加入 QQ群号码是：78227119 希望大家能经常交流非线性光学与光孤子最新进展！ Sample Text [ Last edited by zt970831 on 2010-4-24 at 09:27 ] |
回复此楼» 收录本帖的淘贴专辑推荐
 阅星草棚 | 基金啊基金 | 科研 | 物理 |
» 本帖已获得的红花（最新10朵）
于由» 猜你喜欢
想问一下有没有需要文章但是没时间带学生的研究生导师。
已经有18人回复
-
颜宁:基础研究应顶天立地,立地即从需求端作为问题的出发点,立项背景就是面向真实需求
已经有3人回复
-
发现督导在听课，需要跟TA招呼示意吗？有同学看手机、课件有疏漏算大问题吗？
已经有4人回复
-
催稿后秒拒
已经有6人回复
-
前同事拿我以前未中的国自然标书申请今年的国自然，现在基金委发来调查函
已经有10人回复
-
298求调剂
已经有9人回复
-
申请省自然科学基金，研究区能否是省外区域
已经有13人回复
-
国内科研环境差导致国内科研水平差的根源
已经有3人回复
-
CSC在职申请求问
已经有7人回复
-
家乡二本高校/沿海传统私企，如何抉择？
已经有15人回复
» 本主题相关商家推荐: (我也要在这里推广)
» 本主题相关价值贴推荐，对您同样有帮助:
- 做网络通信或信息安全的互相交流一下哈
已经有26人回复
- 求助：（已完结）脉冲激光的单脉冲能量计算
已经有18人回复
- 大家觉得physical review A 和APL 哪个期刊比较好？
已经有3人回复
- 线偏振度，激光器
已经有12人回复
- 英语词汇背后的故事
已经有189人回复
- 关于超短脉冲激光的几个问题
已经有11人回复
- 【已搜无重复】关于光纤中光孤子形成
已经有7人回复
- 国内做宽带半导体（GaN，ZnO，SiC，diamond，AlN等等）相关工作的大牛有哪些？
已经有5人回复
- 脉冲激光器的光谱测试方法有什么
已经有6人回复
- 输出激光的功率密度与光强的定义？
已经有10人回复
- 转载 科研背后的故事：攀比
已经有19人回复
- 青蒿素背后的故事引发的思考
已经有26人回复
- 关于线性系统的输出响应的问题
已经有6人回复
- 光纤色散的问题
已经有3人回复
- 【转载】石墨烯的故事
已经有15人回复
- 光纤拉曼增益谱
已经有7人回复
- Optics Letters 与 IEEE Photonics Technology Letter 的区别
已经有13人回复
- 最新的石墨烯器件
已经有5人回复
- 【课件】流体力学PP（安徽建筑工业学院）
已经有64人回复
- 关于石墨烯光学性质
已经有5人回复
- 【求助】激光阈值
已经有4人回复
- 【原创】植物授精信号被发现（文章背后的故事）
已经有7人回复
- 【求助】光纤色散的计算
已经有4人回复
- 【求助】偏振光在光纤中的传播问题
已经有10人回复
- 【求助】激光单脉冲能量的计算
已经有19人回复
xhren
木虫 (著名写手)
- 应助: 1 (幼儿园)
- 金币: 3732.9
- 散金: 512
- 帖子: 1106
- 在线: 106.5小时
- 虫号: 611904
- 注册: 2008-09-25
- 专业: 生物电子学与生物信息处理
2楼2010-01-20 16:50:38
alenclarck
银虫 (初入文坛)
- 应助: 0 (幼儿园)
- 金币: 287.5
- 帖子: 45
- 在线: 3.5小时
- 虫号: 815191
- 注册: 2009-07-24
- 性别: GG
- 专业: 传输与交换光子学
3楼2010-01-20 17:19:04
opt-comm
木虫 (正式写手)
- 物理EPI: 7
- 应助: 33 (小学生)
- 金币: 4754.4
- 散金: 17
- 红花: 10
- 帖子: 833
- 在线: 123.1小时
- 虫号: 918495
- 注册: 2009-12-02
- 性别: GG
- 专业: 传输与交换光子学
4楼2010-01-20 22:09:08
supersolid226
铁杆木虫 (正式写手)
- 应助: 4 (幼儿园)
- 金币: 7409.4
- 红花: 1
- 帖子: 815
- 在线: 183.6小时
- 虫号: 479871
- 注册: 2007-12-15
- 性别: GG
- 专业: 凝聚态物性 II ：电子结构
5楼2010-01-21 10:43:02
6楼2010-01-22 18:52:20
zhangwhu
木虫 (小有名气)
- 物理EPI: 3
- 应助: 0 (幼儿园)
- 金币: 3275.4
- 散金: 120
- 红花: 1
- 帖子: 249
- 在线: 261小时
- 虫号: 198638
- 注册: 2006-02-26
- 性别: GG
- 专业: 光学
7楼2010-01-24 10:39:07
斑点猫
木虫 (正式写手)
- 应助: 8 (幼儿园)
- 金币: 3298.9
- 红花: 1
- 帖子: 683
- 在线: 94.9小时
- 虫号: 583575
- 注册: 2008-07-25
- 专业: 科技哲学/科技写作/科普写
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
GrasaVampiro(金币+10): 1-25 11:33
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
GrasaVampiro(金币+10): 1-25 11:33
|
激光作为一种波，的确涉及时域/频域/空间等方面的问题； 而“孤子”本身，却是粒子意味很“浓厚”的概念。 因此，暗孤子可以认为是集波粒二象性之矛盾于一身的概念。 有序态的存在，应该源于波的特性，无论“明”或“暗”。 作为外行，对科学问题本身，只能理解到这个程度了。 ~~~~ 再说说科学问题之外的事情。 我们的研究工作，进动中难免存在涨落， 无论是表观现象，还是认识过程，都存在偶然性和必然性，这是科学发展的规律。 我们的学术成果，就像一个个孤子，或明或暗，诠释着科学世界的图景。 以论文发表的方式评价工作，是相对公平的方式，但不是健全的方式。 应该存在一些可以记录历史的补充形式——这里也包括小木虫论坛， 这些记录将为后人留下宝贵的史学资料。 所谓“担当生前事，何计身后名”啊！ 相信，国人的工作不会磨灭，历史是有痕迹的， 我们应该为保存这些痕迹而贡献相应的力量。  科学是无国界的,而科学家是有祖国的. 祝福所有勇于创新的中国科学家! [ Last edited by 斑点猫 on 2010-1-24 at 23:18 ] |
» 本帖已获得的红花（最新10朵）
8楼2010-01-24 15:06:11
zhangwhu
木虫 (小有名气)
- 物理EPI: 3
- 应助: 0 (幼儿园)
- 金币: 3275.4
- 散金: 120
- 红花: 1
- 帖子: 249
- 在线: 261小时
- 虫号: 198638
- 注册: 2006-02-26
- 性别: GG
- 专业: 光学
★ ★ ★ ★ ★
GrasaVampiro(金币+5): 1-25 11:33
GrasaVampiro(金币+5): 1-25 11:33
|
非常感谢您的回复，有些观点令我豁然开朗，特别是“孤子”可以从光的粒子性来考虑，这确实很新。 “暗”表示粒子突然消失，突然排斥开了。理论上讲，光子容易聚集在一起，这样能量最低，所以基态“明”孤子是光孤子的能量最低态，“暗”孤子应该是高阶态，非稳态。 而且这里面又涉及到激光腔的边界条件的影响，暗孤子还会受边界条件的影响而变得更复杂，孤子理论大牛都不见得能解释清楚。也许越来越多的人参与暗孤子的研究，才能最终搞懂这里面各种特殊现象。。。 如果您感兴趣，可以加入我们的QQ讨论群：78227119。 [ Last edited by zhangwhu on 2010-1-24 at 17:02 ] |
9楼2010-01-24 17:01:16
斑点猫
木虫 (正式写手)
- 应助: 8 (幼儿园)
- 金币: 3298.9
- 红花: 1
- 帖子: 683
- 在线: 94.9小时
- 虫号: 583575
- 注册: 2008-07-25
- 专业: 科技哲学/科技写作/科普写
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
GrasaVampiro(金币+10): 1-25 11:33
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
GrasaVampiro(金币+10): 1-25 11:33
|
原来是这样啊！ 以前，本人对孤子的“明/暗”存在模糊甚至错误的认识。 简单的认为，明是指可显态，暗是指隐态。 显然是有问题的，隐态怎么能观察呢？ 拜读阁下的帖子，改变了一些看法， 在下粗浅的认为， 明是指强度的增或功率密度的大，即相应状态的光子数在时空中增加； 暗是指强度的减或功率密度的小，即相应状态的光子数在时空中减小。 其本质是相速度和群速度的在时空中分裂——确切的说是动量or能量状态分裂， 或者说是脉冲的不对称压缩。 不知可否这样理解。 先求证一下~~~ 还有一些想法，是建立在以上观点基础上的。 如果以上观点存在原则问题，那么，后续观点就极可能是错误的，需要重新考虑，以免扰人视听。 [ Last edited by 斑点猫 on 2010-1-25 at 14:26 ] |
10楼2010-01-25 14:24:22
20