华中科技大学吴颖课题组:光力Kuznetsov-Ma孤子动力学
2017-12-22

华中科技大学吴颖教授课题组提出了解析处理光力阵列中非微扰光力相互作用的新方法,首次预言了基于光力作用的Kuznetsov-Ma孤子的存在,并进一步揭示了一大类基于光力作用的相干局域现象。

光场与机械振子之间通过辐射压力形成的非线性反馈耦合可以表现出丰富的非线性特性和量子效应,在引力波探测、高精密物理量测量、光信息存储和传递、量子调控甚至对量子力学基础的检验等方面有着广泛的应用前景。深入理解光力相互作用及其相关应用的研究也成为近年来物理、材料、信息等诸多分支学科中十分重要的前沿研究课题。

在以往的研究中,处理光力相互作用通常采用线性化或微扰展开的方法。对于非微扰情况下的光力相互作用(尤其是在多个光力系统组成的光力阵列中),情况变得极为复杂,目前并无一般的解析描述。

Kuznetsov-Ma孤子是上个世纪七十年代由前苏联科学家E. Kuznetsov和麻省理工学院Y. C. Ma等人发现的一类空间局域现象。Kuznetsov-Ma孤子起源于Benjamin-Feir不稳定性,展示出Fermi-Pasta-Ulam回归现象。与流体力学中的极端事件预测以及统计力学中的各态历经假定等基本问题都有着紧密联系,在流体力学和等离子体物理中被广泛关注和研究。

图1 (a)光力阵列中光场演化的数值结果;(b)无光力相互作用时光场的时空演化;(c)精确的Kuznetsov-Ma孤子动力学;(d)光力阵列中光场演化与Kuznetsov-Ma孤子之间的比较

吴颖教授领导的量子光学团队利用发展的非微扰解析方法,首次预言了基于光力作用的Kuznetsov-Ma孤子的存在,并给出了Fermi-Pasta-Ulam回归次数与腔衰减之间的定量关系。数值计算结果和解析描述非常吻合,且展示出很好的可调控性(如图2所示)。该工作成果建立了腔光力学,流体力学、等离子体物理等学科领域之间的有力联系,为腔光力学提供了全新的研究思路。

图2 不同腔衰减情况下光子的动力学演化调控

相关研究成果发表在Physics Review Letters [119, 153901 (2017)]上。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.153901

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