近日，国际光子学领域顶级期刊ACS photonics（中科院JCR一区，Top期刊）在线发表了物理学院李春艳老师题为“Observation of Rotation-Induced Light Localization in Waveguide Arrays”的相关科研成果。该项研究首次在实验上观察到了由大尺度周期旋转波导阵列引起的线性光波的局域现象，并在一定的旋转频率下观察到了无功率阈值的非线性光学孤子。
物理学院李春艳老师为论文的第一作者和唯一通讯作者，西安电子科技大学物理学院为第一署名单位。论文的合作单位包括俄罗斯科学院光谱学研究所(Institute of Spectroscopy, Russian Academy of Sciences)、莫斯科国立大学(LomonosovMoscow State University)，以及高等经济研究院(Higher School of Economics)。
众所周知，自然界中的各种波总是倾向于向周围扩散，因此，控制波的扩散并使其局域在有限的空间内是一个长期存在的、重要的科学问题。在二维静态（无任何旋转或扭结作用）的波导阵列中，这类孤子仅仅在粒子数（在物质波系统中），或功率（在光学系统中）高于一定阈值时才能存在。旋转的周期波导阵列从本质上改变了这一现象。但是，由周期结构旋转而产生的线性和非线性效应在实验上的实现却是一个极具挑战性的难题。迄今为止，从未在实验上观察到旋转波导对波包演化行为的影响。
沿阵列中心轴逆时针旋转的波导阵列示意图，以及由波导旋转频率的增大而引起的线性光学模局域化程度增强的示例
该项研究首次利用飞秒激光技术雕刻具有不同旋转频率的大尺度周期性旋转波导阵列，在实验上观察到了旋转诱导的两种不同类型的线性光局域。旋转波导阵列为在极低功率条件下激发光孤子提供了一个新的平台，为光孤子走向实际应用突破了功率条件上的限制。
在旋转阵列的右上角激发输入信号。在不同输入功率和旋转频率下，实验测量的（左列，黑色背景）和理论计算的（右列，紫色背景）输出强度分布的比较。随着旋转频率的增大（由左至右），孤子形成所需的功率阈值几乎降低为零。
该项研究受到了国家自然科学基金、国家留学基金委项目的资助，俄罗斯科学院光谱学研究所为研究提供了实验技术支持。相关研究成果为在光学、光子晶体光纤、原子和准粒子的凝聚体等不同物理系统中实现波的空间局域提供了理论指导和实验上的可行性参考。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.3c00445
