激光诱导晶格在可调铷蒸气中显现一维离散光孤子

萨格勒布物理研究所量子技术小组的科学家与理学院（PMF）物理系的一位同事合作，首次在实验上证明了在温热铷蒸气中光诱导光子晶格内存在离散一维（1D）孤子。

该研究发表于《Laser & Photonics Reviews》。

这些结果为非线性光学、光子晶格物理和复杂量子系统的研究开辟了新的可能性。

平衡衍射与自聚焦

光子晶格是周期性结构，光在其中的传播方式类似于电子在晶体中的运动。此类晶格的常规实现方式，例如在半导体、铌酸锂、玻璃或光波导中，通常具有固定特性。在这项工作中，研究人员使用温热铷蒸气作为动态可调介质，其中晶格由激光光束创建。

两束耦合激光束在装有铷蒸气的玻璃池内以小角度相交，产生干涉图样，从而对蒸气的折射率进行空间调制。随后，一束额外的探测激光束聚焦到单个格点上，并穿过该光栅传播。在低强度下，光束逐渐扩展到相邻格点。这种现象被称为离散衍射：由于介质具有周期性结构，光的传播方式不同于均匀介质中的衍射。

随着探测光束强度增加，原子蒸气的响应变为非线性，光束开始自聚焦。在足够高的功率下，这一效应可以抵消离散衍射。因此，研究人员观察到了离散孤子——一种局域化的光束，其横向轮廓在穿过介质传播时几乎保持不变。在实验中，孤子在探测激光功率约为 6 mW 时形成。

其物理机制依赖于铷原子与两个激光场的相互作用，这种构型称为 Λ 型方案，涉及三个原子能级。在远离单光子共振的大失谐条件下，电磁感应透明起着重要作用。

为解释所观察到的现象，作者建立了一个理论模型，将描述激光束传播的傍轴波动方程与描述铷原子响应的光学布洛赫方程耦合起来。该模型包含了原子的完整超精细结构，实验结果与数值结果的良好吻合证实了这一方法对于描述非线性光传播的重要性。

这一实验平台的独特意义在于，与固态材料相比，原子蒸气具有独特的性质和灵活性。通过改变耦合光束的频率和强度以及其他实验参数，可以调节光学晶格的性质。由于允许对光学增益和损耗进行相干控制，温热原子蒸气为研究非厄米非线性动力学、宇称-时间（PT）对称性、耗散孤子和光量子流体提供了一个高度可调的环境。

这些结果有助于更好地理解可调光子结构中的非线性光传播。从长远来看，它们也可能与量子光学和原子技术中新方法的发展相关，例如量子存储器、原子钟和芯片级器件的研究。

Swati Mestri 拥有电子工程学士学位，自 2019 年起从事内容编辑工作。她有编辑技术、医疗保健和材料科学研究文档的经验，对技术和航天特别感兴趣。完整简介 →

数学生物学学士，创意写作硕士。游历广泛，对科学和语言有独到见解。完整简介 →

引用：激光制造的晶格在可调原子蒸气中揭示离散光孤子 (2026, October 21) 检索于 21 October 2026 来自 https://phys.org/news/2026-10-laser-lattice-reveals-discrete-solitons.html

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