Optica |?光纤中的理想化四波混频的实现

论文导读

      非线性薛定谔方程通常被用来描述波在色散介质中传播演化的过程，并且在非线性光学领域中被广泛用于研究光波在具有光学非线性的波导中传播时产生的四波混频机理。然而，由于光学损耗、非弹性散射的存在和高阶频率边带的产生，在实验中很难实现理想情况下的四波混频现象。2022年6月，来自法国CNRS-Université de Bourgogne-Franche-Comté的团队在美国光学学会期刊Optica上以 “Idealized four-wave mixing dynamics in a nonlinear Schr?dinger equation fiber system （非线性薛定谔方程光纤系统中的理想化四波混频效应）”为题，提出一种全新的实验方案，并在光纤中实现了可长距离传输的符合非线性薛定谔方程的理想四波混频效应。

研究背景

      用非线性薛定谔方程来描述光波导中四波混频的理论已经相对成熟和完善，可以通过三个耦合微分方程很好地描述存在初始相位调制不稳定性、FPU复现、驻波和分界等效应的简并四波混频现象。分布式时域反射、再循环回路等实验方法先后被提出，试图实现实验和理论的一致性，但是仍然存在一定差距。

技术突破

      在本文中，作者创新性地提出了一种用可编程的相位和振幅整形器对入射光纤时混合波的初始条件进行重复迭代的方法，可以极大地延长光的有效传播距离，并在500米长的光纤里实现50千米长的光纤中所产生的理想化的四波混频效应。作者通过该实验揭示了全动态相空间的拓扑结构，展示了包括多FPU复现、驻波和表现两个不同区域的时空演化的系统分界在内的非线性作用过程和特性，并很好地证明了实验和基于非线性薛定谔耦合微分方程理论的一致性。

观点评述

      文中提出的新方案首次很好地证明了用非线性薛定谔耦合微分方程描述简并四波混频的机理与实验的一致性，建立了理论和实验的桥梁。与此同时，这个使用基于传输后的光波的初始条件的重复迭代方案可以适用于非对称边带的初始条件的四波混频、非简并四波混频等其他混频非线性现象，也能够验证光在具有正常色散、高阶色散、色散震荡等特殊性质的光波导中的非线性传输特性，还可以扩展到空间域和在多模波导中的混频非线性实验。

• PhotoniX 属同行评议、开放获取（OA）高影响力国际期刊。是中国光学工程学会会刊，由中国光学工程学会、上海理工大学和西湖大学共同主办，由Springer Nature集团出版。上海理工大学顾敏院士和西湖大学仇旻教授担任期刊主编，庄松林院士担任期刊名誉主编。期刊拥有强大的国际编委和编辑团队。PhotoniX 主要报道国内外光学与光子学技术与信息、能源、材料、生命、精密制造、纳米、光电子器件、微纳米电子等学科交叉融合发展带来的颠覆性科研成果和最新的工程应用进展。以展现具有前沿性、多学科交叉和衍生性特点的技术为核心，成为推动国际前沿“使能技术”的平台。

• PhotoniX 现已被SCIE、SCOPUS、DOAJ、ProQuest、CNKI、INSPEC、Dimensions等多个数据库收录，并入选《2021年中国科学院文献情报中心期刊分区》。2022年6月获得首个影响因子：19.818，位列Q1区。

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