光疇壁型暗孤子

光疇壁型暗孤子

由光孤子理論可知，非線性薛定諤方程會給出兩種孤子解：亮孤子和暗孤子。取決於色散和非線性之間的關係：在正色散，能支持穩定的暗孤子存在；在反常色散區間，能支持穩定的亮孤子。上述結論對於孤子研究者來說，幾乎可以認為是真理了。按照目前的理論和實驗發展來看，上述結論還是正確的，雖然有些特例，但是基本上也隻是對非線性薛定諤方程的修正。

然而，在基於諧振腔的光孤子係統中，除了非線性薛定諤方程（來預測孤子的各種特性）以外，還有另外一種非線性機製來決定孤子的動力學。那就是增益競爭，該機製跟非線性薛定諤方程是平行獨立的，兩者是互不幹擾但又能共同存在。。。研究者往往隻注意到非線性薛定諤方程對孤子動力學的影響，卻忽視了增益競爭也能產生新型的光孤子。

由於增益競爭的普世性，且跟色散是無關的。所以，無論正負色散，在適當的實驗條件下，增益競爭總是能產生亮孤子或者暗孤子以及矢量亮暗孤子。考慮到基於增益競爭而產生的新型光孤子不同於(NLSE)非線性薛定諤方程型光孤子，我們命名該類孤子為光疇壁型光孤子。

               實驗觀察到的光疇壁型光孤子的兩垂直分量

在磁學中，磁疇（magnetic domain）是指磁性材料內部的一個個小區域，每個區域內部包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個個小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區域之間原子磁矩排列的方向不同。磁疇壁（magnetic domain wall ）就表示磁疇A和磁疇B之間的交界麵。

跟磁類似，光也是有光疇(optical domain）和光疇壁(optical domain wall)的。相關的研究還隻是剛剛起步，不像磁疇已經研究上百年了。借用磁疇的定義，我就鬥膽給光疇和光疇壁下個粗糙的定義。

在光學中，光疇(optical domain）是指在一定時間或者空間區域中，每個區域內部包含大量光子，這些光子的電矢量朝同一方向轉動，順時針（右旋）或者逆時針（左旋），但相鄰的不同區域之間（時間或者空間），光子的電矢量朝另外的方向轉動，逆時針（左旋）或者順時針（右旋）。光疇壁（optical domain wall ）就表示左旋光疇A和右旋光疇B之間的交界麵。

記得物理所的一個師兄說過，所謂的domain很好理解，有相變就有domain，有接觸就有domain wall，油和水不相溶就是兩個domain。嗬嗬，相通了確實很容易。。。關於光疇和光疇壁，意味著有兩組光子(左旋和右旋)相互排斥，涇謂分明，但是它們之間又不能分開，相互耦合在一起。。。通過它們之間的非線性作用力，千變萬化，形成各種不同的光學結構。。。。令我們不得不驚歎光的神奇，怪不得愛因斯坦最想搞明白的就是光。

雖然光疇和光疇壁這方麵的研究非常少，還沒能引起非線性光學界的足夠重視，也許是因為目前還不能找到很好的應用吧，如果隻是個人興趣愛好，隻能發些有一定學術價值的文章而已，最終隻能回歸平凡。。。不過我們還是有信心找到一些可能的應用的，比如基於旋光材料的光存儲。。。

我們的研究發現，在較低pump條件下，光疇壁型光孤子的兩偏振分量分別是反相位的方型脈衝(antiphase square pulses)，但當pump升高到一定閾值以上，總光疇壁型光孤子將會變成朝下的暗脈衝，如下圖所示：我們命名為光疇壁型暗孤子。其垂直分量仍為方型脈衝。

實驗觀察到的光疇壁型光孤子的某分量及總的強度


進一步理論研究能夠很好地解釋了實驗所觀察到的光疇壁型暗孤子





理論計算得到的光疇壁型光孤子的兩分量

               
                理論計算得到總的光疇壁型光孤子及橢圓率

相關論文 OPTICS EXPRESS  Vol. 18,  No. 5 /4428

vector dark domain wall

Vector dark domain wall solitons in a fiber ring laser H. Zhang, D. Y. Tang*, L. M. Zhao and R. J. Knize School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University, Singapore 639798 *Corresponding author: [e-mail] Abstract: We observe a novel type of vector dark soliton in a fiber ring laser. The vector dark soliton consists of stable localized structures separating the two orthogonal linear polarization eigenstates of the laser emission and is visible only when the total laser emission is measured. Numerical simulations based on the coupled complex Ginzburg-Landau equations have well reproduced the results of the experimental observation.