光畴壁型暗孤子

光畴壁型暗孤子

由光孤子理论可知，非线性薛定谔方程会给出两种孤子解：亮孤子和暗孤子。取决于色散和非线性之间的关系：在正色散，能支持稳定的暗孤子存在；在反常色散区间，能支持稳定的亮孤子。上述结论对于孤子研究者来说，几乎可以认为是真理了。按照目前的理论和实验发展来看，上述结论还是正确的，虽然有些特例，但是基本上也只是对非线性薛定谔方程的修正。

然而，在基于谐振腔的光孤子系统中，除了非线性薛定谔方程（来预测孤子的各种特性）以外，还有另外一种非线性机制来决定孤子的动力学。那就是增益竞争，该机制跟非线性薛定谔方程是平行独立的，两者是互不干扰但又能共同存在。。。研究者往往只注意到非线性薛定谔方程对孤子动力学的影响，却忽视了增益竞争也能产生新型的光孤子。

由于增益竞争的普世性，且跟色散是无关的。所以，无论正负色散，在适当的实验条件下，增益竞争总是能产生亮孤子或者暗孤子以及矢量亮暗孤子。考虑到基于增益竞争而产生的新型光孤子不同于(NLSE)非线性薛定谔方程型光孤子，我们命名该类孤子为光畴壁型光孤子。

               实验观察到的光畴壁型光孤子的两垂直分量

在磁学中，磁畴（magnetic domain）是指磁性材料内部的一个个小区域，每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。磁畴壁（magnetic domain wall ）就表示磁畴A和磁畴B之间的交界面。

跟磁类似，光也是有光畴(optical domain）和光畴壁(optical domain wall)的。相关的研究还只是刚刚起步，不像磁畴已经研究上百年了。借用磁畴的定义，我就斗胆给光畴和光畴壁下个粗糙的定义。

在光学中，光畴(optical domain）是指在一定时间或者空间区域中，每个区域内部包含大量光子，这些光子的电矢量朝同一方向转动，顺时针（右旋）或者逆时针（左旋），但相邻的不同区域之间（时间或者空间），光子的电矢量朝另外的方向转动，逆时针（左旋）或者顺时针（右旋）。光畴壁（optical domain wall ）就表示左旋光畴A和右旋光畴B之间的交界面。

记得物理所的一个师兄说过，所谓的domain很好理解，有相变就有domain，有接触就有domain wall，油和水不相溶就是两个domain。呵呵，相通了确实很容易。。。关于光畴和光畴壁，意味着有两组光子(左旋和右旋)相互排斥，泾谓分明，但是它们之间又不能分开，相互耦合在一起。。。通过它们之间的非线性作用力，千变万化，形成各种不同的光学结构。。。。令我们不得不惊叹光的神奇，怪不得爱因斯坦最想搞明白的就是光。

虽然光畴和光畴壁这方面的研究非常少，还没能引起非线性光学界的足够重视，也许是因为目前还不能找到很好的应用吧，如果只是个人兴趣爱好，只能发些有一定学术价值的文章而已，最终只能回归平凡。。。不过我们还是有信心找到一些可能的应用的，比如基于旋光材料的光存储。。。

我们的研究发现，在较低pump条件下，光畴壁型光孤子的两偏振分量分别是反相位的方型脉冲(antiphase square pulses)，但当pump升高到一定阈值以上，总光畴壁型光孤子将会变成朝下的暗脉冲，如下图所示：我们命名为光畴壁型暗孤子。其垂直分量仍为方型脉冲。

实验观察到的光畴壁型光孤子的某分量及总的强度


进一步理论研究能够很好地解释了实验所观察到的光畴壁型暗孤子





理论计算得到的光畴壁型光孤子的两分量

               
                理论计算得到总的光畴壁型光孤子及椭圆率

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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.