耗散孤子分子的相位定制组装和编码

原文标题：Phase-tailored assembly and encoding of dissipative soliton molecules

翻译：光电查

a.在腔内增益供应增加的作用下，对孤子组合从单一孤子（SS）到负相（NP）、静止相（SP）和正相（PP）状态进行人工操作的概念草图。四种相态的演变轨迹分别表示分子的 "无相"、"负相"、"静止相 "和 "正相"。耗散孤子分子的时间集合（脉冲数）或内部集合（时间分离和分子相位）可以通过精确的增益控制来确定性地加以利用。 b, 四种相位定义机制的可识别符号表示光谱条纹（虚线表示 SS 机制），构成了一种新的相位裁剪四元编码格式。作者：刘宇松、黄思云、李子龙、刘浩光、孙怡翔、夏冉、严立松、罗逸阳、刘欢欢、徐刚、孙启真、唐晓辉、岑佩萍

由模式锁定激光谐振器发出的超短光脉冲流激发了超快科学和信息技术的潜在应用。与保守系统中形成的纯孤子不同，这里的基本脉冲实体被称为耗散孤子，源于色散/非线性和增益/损耗之间的双重相互作用。

耐人寻味的是，这些超短孤子实体可以表现得像粒子一样，并在平衡相互作用力的作用下自组装成结构复杂的结合态。通过利用先进的光谱观测手段，目前正在进行的内部分子动力学发现实质上可以丰富孤子分子的操纵机制。

对相互影响的内在洞察揭示了结合结构内部的能量交换情景，这强调了控制分子模式组装的必然途径。实时光谱干涉仪被视为可控激光系统的 "眼睛"，从这一角度观察，条纹图案会因外部扰动而发生变化，这通常表明了时间分离变化、合成和解离过程的开始。

关于动态指示器的优越性和应用前景，分子相位的可编程定制预计会引起争论；然而，激光谐振器几乎无法在实验中实现这一点。

在发表于《光： 科学与应用》（Light: Science & Applications）上发表的一篇新论文中，由中国华中科技大学光电信息学院孙其珍教授和重庆大学光电工程学院罗一洋副教授领导的科学家团队及其合作者报告了一种基于耗散孤子分子可控内部组装的新型相位定制四元编码格式。

孤子集合受增益供给控制，并根据其不同的内部相位演化分为四种状态。他们利用增益供应的电子调制来刺激不同相位定义状态之间的切换，这种切换具有很高的保真度。

a, 在四个相位定义的状态之间连续切换的连续谱演化。泵浦功率由电子信号调制。插图显示了 NP、SP 和 PP 孤子对组装过程的放大图，其特点是相位快速演变。虚线表示 SS 状态。四个相位定义的体系很容易区分。通讯作者：刘宇松、黄思云、李子龙、刘昊光、孙一翔、夏冉、严立松、罗逸阳、刘欢欢、徐刚、孙启真、唐晓辉、岑佩萍

a, 连续记录编码流。泵功率由嵌入在插图中的电子信号调制。b, 编码流解码为 {1212|1221|1202|1211|1302}，代表一个单词 {f|i|b|e|r}。(c) 中的三维交互空间描绘了一个示例 "r"。每个时隙中的轨迹都与相应的相位定义机制十分吻合。作者：刘宇松、黄思云、李子龙、刘昊光、孙一翔、夏冉、严立松、罗一阳、刘欢欢、徐刚、孙启真、唐晓辉、岑佩萍

因此，这四种机制可以构成一种新的相位裁剪四元编码格式，编码速度为 5 kHz。为了验证这种相位尾随编码的可用性，他们以 "光纤 "为例，将其编码为实时流，并通过检索整个相位演变进行解码。这种相位定制流具有很强的鲁棒性和很高的抗干扰能力。这些科学家总结了相位裁剪方法的工作原理：

"受超快光学在全光存储和光学计算中的先进应用的启发，我们开发了一种基于超快激光的操纵系统，通过对增益供给进行精确的电子调制，实现分子相位的可编程定制。"

"分子结构内的能量交换受到操纵，以激发对相位裁剪孤子组装的确定性利用。自组装孤子分子被定制为四种相位定义的状态，从而构成了相位定制的四元编码格式"。

"特别是，这种直接电子调制可以通过升级电子调制信号来改进，以避免常见的反冲电压和不稳定电压。为这四个相位定义好的电压可以优化连续开关的滞后和相位尾随编码的保真度。"

"为了提高四元编码的速度，可以考虑更快的相位变化速度。因此，我们认为增益供给的电子调制被认为是实现耗散孤子分子相位可编程定制的一种直接而有效的方法，在实际场合的应用也是可取的，"他们补充道。

"我们认为未来的研究有两个主要方向。其一是引入时间拉伸频散傅里叶变换和时间透镜测量的联合时间光谱分析。实时全场表征可以为内部运动提供新的见解，特别是对于复杂的分子模式。

"'手'可以帮助控制激光参数，如增益、耗散、色散、非线性和偏振，从而驱动人工操纵。释放出的驾驭自由度和技术进步有望在不久的将来推动这一研究课题的发展，拓展应用场景。"科学家们说。

参考资料：Yusong Liu et al, Phase-tailored assembly and encoding of dissipative soliton molecules, Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01170-x