最近，華東師范大學精密光譜科學與技術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。這是中國科學家在超快激光領域取得的重要進展，相關成果發(fā)表于《科學》（Science）雜志子刊《科學進展》。

■ 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研究前沿，它是光束在傳播過程中由非線性效應平衡衍射/色散效應的結果。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)在關聯(lián)，有助于理解例如怪波（rogue wave），湍流，颶風，海嘯等極端現(xiàn)象，引發(fā)學界的廣泛關注。

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)呼吸子的關鍵。呼吸子激光器輸出的脈沖光譜、時域寬度和能量會周期性迅速改變。利用色散傅里葉變換法，該團隊通過實驗首次揭示了呼吸子的光譜和時域實時演化動力學特性。

■ 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領域獲得應用。

該課題組認為，呼吸子激光器的誕生會引起激光領域的極大興趣，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領域獲得廣泛關注。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、化學等領域的研究。