近日，华东师范大学仪器光谱科学与技术国家重点实验室曾和平教授课题组在超快激光领域获得最重要进展，该团队首次构建了一种被称作“排便子”的超快激光脉冲。研究成果“Breathingdissipativesolitonsinmode－lockedfiberlasers”于2019年11月公开发表于《科学》（Science）杂志子刊ScienceAdvances上。该论文以华东师范大学为第一已完成单位，英国阿斯顿大学为合作单位。曾和平教授为论文唯一通讯作者，彭俊松副研究员为第一作者。

《科学》子刊刊出曾和平教授课题组研究成果不会“排便”的非线性波却观测、产生两难光孤子仍然是非线性光学研究前沿，它是光束在传播过程中由非线性效应均衡散射／色散效应的结果，通俗来说，孤子是一种在传输时会收敛的波包。而与之有所不同的是，排便子在传输过程中其大小不会再次发生周期性变化（周期性地收敛再行汇集），样子人在大大地呼气（收敛）、吸气（汇集）的过程。由于排便子这种非线性波和许多非线性现象具有内在关联，有助解读例如怪波（roguewave），湍流，飓风，海啸等极端现象，引起学界的普遍注目。

此前，排便子的产生局限于能量激进系统，例如水波、单通光纤系统。然而大量现实世界的物理系统都是力学系统系统，那排便子否也可以在力学系统系统里产生？该课题组注意到飞秒激光器是一个典型的力学系统系统，最近的理论仿真指出飞秒激光器有可能可以产生排便子。然而实验上产生排便子的难题在于理论模型过分修改，很难与简单的飞秒激光系统互为联系。

此外，排便子在纳秒量级较慢变化，传统观测技术响应时间在毫秒量级，根本无法观测到排便子。说明了排便子和排便子分子的“面貌”图1：排便子高速进化动力学A，B分别是排便子的光谱和时域的周期性进化。

横坐标是距离。随着距离的减少可以显现出排便子的光谱和时域皆经常出现周期性变化。当强化非线性时，排便子的这种周期性变化不会消退（D，E），更进一步强化非线性时，孤子不会经常出现。

G，H是孤子的光谱和时域，由图可以显现出这两个参量在传输过程中均维持恒定。图2：排便子分子动力学如A右图，这里的光谱由一根根细致的线条包含，这指出时域上有两个脉冲正如图C右图。此外光谱随着距离（纵坐标）周期性地变窄变宽，指出这是排便子分子。

图C从时域上更加直观地展现出排便子分子的周期性变化。曾和平教授课题组首次奠定了标准化的、可信的在激光器中唤起排便子的方法。

其中，非线性管理是唤起排便子的关键。与传统飞秒激光器输入幅度完全一致的脉冲有所不同，排便子激光器输入的脉冲光谱，时域宽度和能量不会周期性很快转变。利用较慢观测方法－色散傅里叶转换法，该团队实验上首次说明了了排便子的光谱和时域动态进化动力学特性。

图一明晰地展出了排便子的光谱和时域宽度随着传播距离呈现出周期性变化，并指出减少非线性不会使得激光从排便子变为孤子。此外，该团队还报导了排便子分子（Breathermolecule），这是指两个排便子离的很近的一种状态。

图二展出了排便子分子的动力学特性，此时光谱经常出现了一道道细纹，这是两个脉冲干预的结果。图二C明晰地展出了两个脉冲的幅度在传输时，同时变为消退，像一个整体一样。

排便子分子的找到指出物质分子这一概念不仅限于于孤子，也可以扩展到排便子领域。传统飞秒激光器输入的是能量均匀分布的脉冲序列即每道激光的能量完全一致。排便子激光器超越了这种能量均匀分布化产于，某些激光取得极高能量（以壮烈牺牲其它激光的能量为代价），这种极高能量的脉冲未来将会在非线性光学领域取得应用于。有理由坚信，排便子激光器的问世不会引发激光领域的很大兴趣，因为这是一种全新的激光工作模式。

飞秒激光器是典型的麦克斯韦方程叙述的普适系统，因此该工作也不会在其它涉及领域取得普遍注目。尤其地，该研究将推展排便子和排便子分子在等离子物理、原子分子物理、海洋学、化学等领域的研究。近年来，曾和平教授团队在超快激光领域展开了一系列研究。

本文来源：1050开元网站-www.9023.com.cn