最近，華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室曾和平課題組首次獲得了一種被稱為“呼吸子”的超快激光脈沖。這是中國科學(xué)家在超快激光領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》（Science）雜志子刊《科學(xué)進(jìn)展》。

■ 該課題組曾和平教授（左）與彭俊松副研究員

光孤子一直是非線性光學(xué)研究前沿，它是光束在傳播過程中由非線性效應(yīng)平衡衍射/色散效應(yīng)的結(jié)果。通俗來說，孤子是一種在傳輸時不會發(fā)散的波包。而與之不同的是，呼吸子在傳輸過程中其大小會發(fā)生周期性變化，即周期性地發(fā)散再匯聚，好像呼吸的過程：吸氣—匯聚，呼氣—發(fā)散。

由于呼吸子這種非線性波和許多非線性現(xiàn)象有著內(nèi)在關(guān)聯(lián)，有助于理解例如怪波（rogue wave），湍流，颶風(fēng)，海嘯等極端現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)界的廣泛關(guān)注。

此前，呼吸子的產(chǎn)生局限于能量保守系統(tǒng)，例如水波、單通光纖系統(tǒng)能夠產(chǎn)生呼吸子。然而，大量現(xiàn)實世界的物理系統(tǒng)多為能量耗散系統(tǒng)，那呼吸子是否也可以在耗散系統(tǒng)里產(chǎn)生？

為了揭示呼吸子和呼吸子分子的“面貌”，課題組首次確立了通用的、可靠的在激光器中激發(fā)呼吸子的方法。其中，非線性管理是激發(fā)呼吸子的關(guān)鍵。呼吸子激光器輸出的脈沖光譜、時域?qū)挾群湍芰繒芷谛匝杆俑淖?。利用色散傅里葉變換法，該團(tuán)隊通過實驗首次揭示了呼吸子的光譜和時域?qū)崟r演化動力學(xué)特性。

■ 首次確立了通用的、可靠的在激光器中激發(fā)呼吸子的方法

研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)飛秒激光器輸出的是能量均勻的脈沖序列。呼吸子激光器打破了這種能量均勻化分布，某些激光獲得極高能量往往是以犧牲其他激光的能量為代價，這種極高能量的脈沖有望在非線性光學(xué)領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

該課題組認(rèn)為，呼吸子激光器的誕生會引起激光領(lǐng)域的極大興趣，這是一種全新的激光工作模式。飛秒激光器是典型的朗道方程描述的普適系統(tǒng)，因此該工作也會在其他相關(guān)領(lǐng)域獲得廣泛關(guān)注。尤其是，該研究將推動呼吸子和呼吸子分子在等離子物理、原子分子物理、海洋學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域的研究。