来源：瑞士洛桑联邦理工学院；电子科技大学红外毫米波与太赫兹研究院 廖琪 编译

光脉冲在光学微谐振器中形成一个完美的孤子晶体。图片来源：Second Bay Studios

    光学微谐振器将激光转换成沿谐振器圆周运动的超短脉冲。这些脉冲被称为“耗散克尔孤子”， 可以在微谐振器中传播并保持其形状

    当孤子离开微谐振腔时，输出光以脉冲序列的形式出现——一系列具有固定间隔的重复脉冲。在这种情況下，脉冲的重复频率由微谐振器的大小決定。较小的尺寸可使脉冲序列具有较高的重复频率，可达到数百千兆赫的频率。这些都可以用来提高光通信链路的性能，或成为亚微米精度的超快激光雷达的核心技术。

    尽管这项技术令人兴奋，但它也遭受着科学家们称之为“光弯曲损耗”的困扰——由其路径中的结构性弯曲引起的光损耗。光纤中一个众所周知的问题是，光弯曲损耗也意味着微谐振器的尺寸不能降到几十微米以下。因此，这限制了我们对脉冲所能达到的最大重复频率。

    来自EPFL的Tobias J. Kippenberg实验室的研究人员在《自然物理》杂志上提出，他们现在找到了一种方法来绕过这个限制，通过在单个微谐振器中产生多个孤子，将脉冲重复频率与微谐振器大小分离。

    科学家们发现了一种方法，可以在微谐振器中植入尽可能多的耗散克尔孤子，并且这些孤子之间的间距恰好相等。这种新形成的光可以被认为是晶体固体中原子链的光学模拟物，因此研究人员称它们为完美孤子晶体(PSCs)。

    由于干涉测量技术的增强和大量的光脉冲，PSCs可以相干地倍增所得脉冲序列的性能—不仅是其重复率，而且还有它的功率。

    研究人员还研究了PSC形成的动力学。尽管它们的结构高度有序，但它们似乎与光学混沌密切相关。光学混沌是由光学微谐振器中的光不稳定性引起的一种现象，这种现象在半导体和光纤激光系统中也很常见。

    研究人员马克西姆•卡尔波夫（Maxim Karpov）说：“我们的研究结果允许使用常规的微谐振器产生具有几太赫兹频率的超高重复频率的光脉冲序列。”“它们可用于光谱学、距离测量等领域的多种应用，并可作为芯片级低噪声太赫兹辐射源。”

    同时，对光学微谐振腔中孤子动力学和PSCs行为的新认识，为非线性系统中孤子系统的基本物理研究开辟了新的途径。