呼吸激发试验怎么做（呼吸激发试验是检查什么）

近日，华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室曾和平教授研究组在超快激光领域取得重要进展。该团队首次实现了被称为“呼吸”的超快激光脉冲。研究成果“锁模光纤激光器中的呼吸耗散孤子”于2019年11月发表在《科学》杂志子刊ScienceAdvances上。该论文以华东师范大学为第一单位完成与英国阿斯顿大学为合作单位。曾和平教授为该论文唯一通讯作者，彭俊松副研究员为第一作者。

《科学》子刊发表曾和平教授课题组研究成果

“呼吸”的非线性波检测并创造困境

光孤子一直处于非线性光学研究的前沿。它们是光束传播过程中平衡衍射/色散效应的非线性效应的结果。一般来说，孤子是在传输过程中不发散的波包。不同的是，呼吸器的大小在传输过程中会周期性地变化，就好像人不断地呼气和吸气一样。由于诸如呼吸之类的非线性波与许多非线性现象有着本质上的联系，它们有助于理解异常波、湍流、飓风和海啸等极端现象，并引起了学术界的广泛关注。

此前，呼吸器的产生仅限于节能系统，例如水波和单通光纤系统。然而，现实世界中大量的物理系统都是耗散系统。耗散系统也可以生产呼吸器吗？研究小组指出，飞秒激光器是典型的耗散系统，最近的理论模拟表明，飞秒激光器或许能够产生呼吸。然而，实验生产呼吸器的困难在于理论模型过于简化，难以与复杂的飞秒激光系统连接。另外，呼吸者的变化速度快，达到纳秒量级，而传统检测技术的响应时间是毫秒量级，根本无法检测到呼吸者。

揭示呼吸器和呼吸素分子的“面目”

图1：呼吸器的高速演化动态

A和B分别是呼吸器频谱和时域的周期性演化。横坐标是距离。随着距离的增加，呼吸器的频谱和时域都可以看到周期性变化。当非线性增强时，呼吸器的这种周期性变化就会变弱，当非线性进一步增强时，就会出现孤子。G和H是孤子的频谱和时域。从图中可以看出，这两个参数在传输过程中保持不变。

图2：Respiron分子动力学

如图A所示，这里的频谱是由细线组成的，这表明时域中存在如图C所示的两个脉冲。此外，频谱随着距离周期性地变宽和变窄，表明这是呼吸分子。图C在时域上更直观地展示了呼吸亚分子的周期性变化。

曾和平教授课题组首次建立了一种通用且可靠的激光呼吸呼吸激发方法。其中，非线性管理是刺激呼吸者的关键。与传统飞秒激光器输出幅度一致的脉冲不同，呼吸器激光输出的脉冲频谱、时域宽度和能量会快速周期性变化。该团队采用快速检测方法——色散傅立叶变换方法，首次通过实验揭示了呼吸者的频谱和时域实时演化动态。图1清楚地表明，呼吸器的频谱和时域宽度随传播距离周期性变化，并表明添加非线性将导致激光从呼吸器变为孤子。此外，研究小组还报告了一种呼吸分子，它指的是两个呼吸分子彼此非常接近的状态。图2显示了呼吸分子的动态特性。此时光谱中出现细线，这是两个脉冲干涉的结果。图2C清楚地表明，在传输过程中，两个脉冲的幅度同时变强和变弱，就像一个整体。呼吸器分子的发现表明，物质分子的概念不仅适用于孤子，还可以扩展到呼吸器领域。

传统的飞秒激光器输出的是能量均匀的脉冲序列，即每束激光的能量是一致的。呼吸激光器打破了这种能量均匀分布，一些激光器获得了极高的能量。这种极高能量的脉冲有望在非线性光学领域得到应用。有理由相信，呼吸激光器的诞生将引起激光领域的极大兴趣，因为它是一种新的激光工作模式。飞秒激光器是朗道方程描述的典型通用系统，因此这项工作也将在其他相关领域受到广泛关注。特别是，这项研究将推动等离子体物理、原子分子物理、海洋学、化学等领域的呼吸和呼吸分子的研究。

近年来，曾和平教授团队在超快激光器领域开展了一系列研究。揭示了单个孤子和孤子分子的形成动力学[Commun.物理。1(20),2018;激光和光子。修订版12(8),,2018];发现了一种新的孤子爆炸机制——孤子碰撞[Commun.物理。2019年2]；研究了呼吸器的爆炸动力学[Phys。Rev.Appl12、(2019)];提出并证明了一种新的超快激光器增益机制——自参数放大[Phys.Rev.Appl11、]。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、上海市科委的资助。