上海交通大學物理與天文學院教授葉芳偉課題組發表一項最新研究，在國際上首次將莫爾晶格的研究推進到非線性光學范疇，發現莫爾角調節下的空間光孤子。相關研究成果近日發表于《自然—光子學》。
光孤子是指非線性效應平衡光的散開效應，從而在演化過程中始終保持波形不變的一束光或一個光脈沖。光孤子具有粒子性，在攜帶光信息、實現光控光方面具有重要應用價值。光孤子的研究始終和材料發展、結構設計緊密聯系在一起。借助于能帶設計，人們可以調控衍射和色散的強度，從而降低形成光孤子的閾值功率，但即便如此，閾值功率依然處于較高水平。
葉芳偉課題組首次發現了莫爾晶格這類準周期晶格中的空間光孤子。研究人員發現，在絕大部分莫爾角度（此時莫爾晶格呈現“不可約”相）下，激發莫爾晶格中的空間光孤子所需閾值功率幾近為零。因此，莫爾晶格為極低功率條件下光孤子的激發提供了一個獨特的平臺，為光孤子走向實際應用突破了功率條件上的限制。
葉芳偉表示，受課題組實驗條件限制，在本次研究中，莫爾晶格是“刻寫”在一種名叫鈮酸鍶鋇的光折變材料上，這種材料自身具有較高的非線性效應，因此在其中激發孤子的功率要求本來就較低。但是，莫爾晶格中超低功率閾值光孤子的存在并非歸因于材料本身較高的非線性效應，而是莫爾晶格中存在大量平帶所致。因此，若將莫爾晶格“刻寫”到其他非線性材料中，不影響極低功率孤子的存在。
同時，課題組在實驗中產生的莫爾晶格具有高度可調特性。當莫爾角連續調節時，對應的莫爾晶格經歷了從準周期晶格到周期晶格的連續“相變”，這使得可以在同一個平臺上直接比較周期與準周期系統中的光孤子。研究人員發現，對于由兩個方形晶格構成的莫爾晶格，這些特殊角其實是勾股角，而此時對應的莫爾晶格則回歸為周期晶格（“可約”相），能帶結構的曲率達到最大，因此形成孤子所需的閾值功率也達到最大。進一步研究發現，孤子的功率閾值隨著勾股角（或者廣義勾股角）級次的升高急劇降低，意味著高階勾股角下的莫爾晶格也支持極低功率條件下的光孤子。（記者黃辛）
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