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图一：（a-c）两个孤子和一个色散波通过非线性相互作用形成脉冲复合体的示意图；（d，e）实验实现的脉冲复合体：（d）时域形貌和（e）频谱分布
南开新闻网讯（通讯员 程丹）近日，南开大学物理科学学院的研究团队基于负质量概念的光学类比，设计并观测到了多脉冲非线性相互作用形成的局域态，并实验论证了该脉冲复合体的稳定性。介绍该工作的论文发表在国际学术期刊Physical Review Letters上。
负质量反直觉效应的光学类比为实现光场局域提供了新方案。正负质量物体相互作用时可形成一个整体同时往一个方向加速运动。基于该现象的类比，两束光在非线性相互作用时能组成相互束缚的自加速光场。在这样的两体模型中，光场的局域必定伴随自加速，为了实现无加速的光场局域态，以应用于更多场景，可考虑多体相互作用。尽管类似的多体光场相互作用在理论上已有所研究，以用于光学通信容量的提升，但是一直未被实验论证。南开团队此次的研究突破，有望催生更多基于负质量概念的基础研究以及由此产生的基于局域光场的光学应用。
南开大学博士生张平与硕士生郭庆为论文共同第一作者，南开大学胡毅教授和许京军教授为共同通讯作者，南开大学陈志刚教授提供了重要指导。该工作获得科技部、国家自然科学基金委等基金资助。
南开大学物理科学院学院研究团队一直致力于光场非线性调控的研究，尤其聚焦在自加速光场方面。近来，他们发现光学中的自加速行为与生命体等活性物质中的自驱动效应具有相似性，试图构建光学自驱动效应赋能的光子学复杂体系，期望实现由自驱动引起的光学集体有序行为，并探索其在光信息处理与传递等方面的应用。近几年，团队在第一类（非线性艾里型）与第二类（即前述基于负质量概念的行为）光学自驱动效应方面开展了系统的研究[Phys. Rev. Lett. 123, 234101 (2019)，Phys. Rev. Lett. 127, 083901 (2021)]，上述实现的脉冲复合体也可理解为光学自驱动效应与传统的光场相互作用平衡形成的多体局域状态。最近，团队通过打破牛顿第三定律实现了第三类光学自驱动效应[Laser & Photonics Reviews, 17, 2200177 (2023)]。这些工作为光子学复杂体系赋予自驱动效应提供了丰富的自由度。除此之外，该研究团队也关注外在驱动对光学系统的影响，基于光学结构格点势的驱动发现了拉比振荡的手性效应等[Phys. Rev. Lett. 125, 123201 (2020)]。这方面的工作将为探究光子学复杂体系中外在驱动与内在自驱动效应的协同作用做铺垫。
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