研究目的
研究结构无序对多模光纤中凝结加速的影响及其对空间光束自清洁的启示。
研究成果
研究表明，多模光纤中的结构无序会加速凝聚过程，从而实现空间光束自清洁。这为观测现象提供了自然解释，并为控制多模光纤中的光传播开辟了新途径。
研究不足
该研究聚焦于渐变折射率多模光纤，并未解释阶跃折射率多模光纤中空间光束自清洁现象缺失的原因。实验装置需要对输入光束的相干性进行精确控制。
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）——多模光纤中无序诱导的凝聚加速现象
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）——多模光纤中无序诱导的凝聚加速现象
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8872256
出版年份：2019
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
近期关于波湍流的研究揭示，一个纯粹的经典随机波系统能够呈现凝聚过程，其热力学特性与玻色-爱因斯坦凝聚相似[1-3]。经典波凝聚源于向瑞利-金斯平衡分布的自然热化过程，该分布的发散特性导致系统基模被宏观占据。由于实现热化所需的极长传播距离，在保守（无腔）构型中研究凝聚现象构成重大挑战。与这一普遍认知相反，近期在渐变折射率多模光纤(MMF)中发现了显著的空间光束自清洁现象[4-7]。该现象源于纯粹的保守克尔非线性效应[7]，其底层机制仍存争议。已知MMF中的光传播会受到材料固有缺陷和外部扰动导致的结构无序影响。基于波湍流理论，我们建立了考虑无序影响的非平衡随机波动力学描述。该理论揭示结构无序能使凝聚过程加速数个数量级。这种反直觉的凝聚加速机制为光束自清洁效应提供了自然解释：快速凝聚过程使光功率迅速流向MMF基模，使其宏观占据并牺牲其他遵循瑞利-金斯分布能量均分模式的能量[1]。非线性薛定谔方程(NLSE)模拟结果与推导的动力学方程定量吻合，证实了理论有效性及无序介导的凝聚加速效应(见图1)。此外，该动力学方程还解释了为何阶梯折射率MMF中未观测到空间光束自清洁。我们通过改变输入光束相干性(如图1c所示)的MMF实验验证了向光凝聚的转变过程：当激发大量模式时，输出强度分布趋向热瑞利-金斯分布（即温度高于凝聚临界值，图1c中E>Ecrit），此时未观测到空间光束自清洁；而降低模式激发量（图1c中E<Ecrit）时，功率逐渐凝聚至MMF基模，形成清洁光束，实测凝聚体占比高达约60%。
作者：
Adrien Fusaro，Josselin Garnier，Katarzyna Krupa，Guy Millot，Antonio Picozzi
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