孤子(Soliton)又稱孤立波，是一種特殊形式的超短脈沖，或者說是一種在傳播過程中形狀、幅度和速度都維持不變的脈沖狀行波。有人把孤子定義為：孤子與其他同類孤立波相遇后，能維持其幅度、形狀和速度不變。

孤子是自然界中一種基本的非線性波動(dòng)傳遞形式，廣泛存在于物理學(xué)各個(gè)領(lǐng)域，如等離子物理學(xué)、高能電磁學(xué)、流體力學(xué)和非線性光學(xué)等。對(duì)于激光系統(tǒng)，孤子在構(gòu)建新型光電子器件方面有著重要的應(yīng)用。

波蘭的一名研究人員與德國(guó)、澳大利亞和新加坡的研究人員共同合作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微腔激光中空間耗散孤子的觀測(cè)。通過條紋相機(jī)和普林斯頓儀器的HRS光譜儀、NIRvana近紅外相機(jī)等儀器，采用紅外光譜和動(dòng)量空間光譜對(duì)器件的發(fā)射特性進(jìn)行了表征。通過HRS系統(tǒng)的第二端口，利用條紋相機(jī)進(jìn)行時(shí)間相關(guān)光譜分析。

當(dāng)色散或衍射的影響被非線性補(bǔ)償時(shí)，孤子是局域的、穩(wěn)定的波。當(dāng)系統(tǒng)中存在增益和損耗時(shí)，必須在它們之間取得平衡，以維持局部耗散模式。半導(dǎo)體微腔激光器可產(chǎn)生耗散孤子，作為全光信息處理的基本單元。然而，這需要精確的雙穩(wěn)條件，而雙穩(wěn)條件是由相干反饋產(chǎn)生的，在實(shí)驗(yàn)中很難實(shí)現(xiàn)。該文章，通過上圖所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，提出了一個(gè)概念驗(yàn)證的空間耗散孤子的實(shí)驗(yàn)。

一維微腔激光的增益固定耗散孤子及其實(shí)驗(yàn)特性

該文章中按照現(xiàn)有的理論，實(shí)驗(yàn)性的完成了在半導(dǎo)體微腔激光器中實(shí)現(xiàn)一維空間耗散孤子。利用非共振光泵來塑造微腔激光器的空間增益剖面，以創(chuàng)建空間局域模式，并通過非線性損耗和有限衍射體積進(jìn)行穩(wěn)定。并且研究了增益固定孤子的超快形成動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)它們的形成速度在皮秒級(jí)，比激光腔孤子快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。該方法為半導(dǎo)體器件中光約束的超快全光操縱提供了新的可能性。

孤子產(chǎn)生和衰變的實(shí)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)

實(shí)驗(yàn)中使用脈沖激勵(lì)，由于系統(tǒng)中載流子和空腔光子的壽命有限，導(dǎo)致了非平穩(wěn)衰減的激光模式。因此，在時(shí)間分辨實(shí)驗(yàn)中用條紋相機(jī)對(duì)孤立脈沖的形狀和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。

儀器特征

01、NIRvana相機(jī)的特點(diǎn)

NIRvana相機(jī)系列

InGaAs 640 x 512聚焦面, 20 μm /pixel

大視場(chǎng)

高動(dòng)態(tài)范圍

LN冷卻相機(jī)

高靈敏度、高幀率和靈活性

0.9 μm到1.7 μm SWIR 波段響應(yīng)靈敏

適用于多種應(yīng)用

在0.95 um至1.5 um范圍內(nèi)QE> 85%

熱電冷卻到-85oC

風(fēng)冷深度制冷至-85oC

液氮制冷可至-190oC

暗噪聲低

允許長(zhǎng)達(dá)幾分鐘的積分時(shí)間

綜合冷屏蔽極限環(huán)境熱背景

02、HRS光譜儀的特點(diǎn)

多個(gè)出口端口

多個(gè)出口端口為多檢測(cè)器操作提供了無與倫比的通用性;

允許安裝兩個(gè)探測(cè);

可以從普林斯頓儀器覆蓋UV到SWIR 的CCDs和InGaAs相機(jī)中選擇探測(cè)器 ;

可同時(shí)作為單色儀和光譜儀使用

高效的Acton光學(xué)鍍膜

Acton #1900增強(qiáng)鋁鏡，從193nm到中紅外波段具有極高的反射率。

可選的Acton保護(hù)銀涂層，提供平均的> 98%的反射率，比傳統(tǒng)的銀涂層增加了吞吐量。

可選的近紅外金鍍層

審核編輯 黃宇