利用光纤环路调制实时观察频率Bloch振荡

最初预测，当施加静电电场时，固体晶格中的电子会产生Bloch振荡(BOs)。的科学家在失谐的相位调制下，在光纤环路中创建了一个合成的频率晶格，并直接实时观察到了频率BOs。电信频段中的频谱可以移动多达数百GHz。该研究可能会在光纤通信系统的频率操纵中找到应用。

BOs描述了固体中电子的周期性运动，外部静电电场作用于该电子。但是，直接测量天然固体中的BO极具挑战性，因为电子的弛豫时间通常比振荡周期短得多。迄今为止，电子BO的类比已经扩展到时间，频率和角动量的合成尺寸。

在先前的研究中，已经在具有交叉相位调制的非线性光纤中通过实验证明了频率BOs。但是，仅在光纤的输出端获得了频谱，因此仅间接测量了BOs的演化过程。此外，理论上已经在时间调制下的微谐振器中证明了频率BO。考虑到环形谐振器的紧凑结构，在收集信号时，直接观察BO仍然面临补偿功率降低的困难。

在《光科学与应用》上发表的一篇新论文中，由华中科技大学物理学院王炳教授和武汉光电实验室组成的一组科学家直接观察了科学家带有时间失谐的调制光纤环路中的频率BOs。该谱在相位调制形成的频率晶格中，入射光脉冲的Δθ经历了周期性的运动。时间失谐在晶格中产生有效电场力，这与有效矢量电势随频谱演化而变化有关。此外，通过使用色散傅里叶变换(DFT)技术实时测量频谱的瞬态演变。基于频域BO，实现了高达82 GHz的最大频移。输入脉冲的带宽也扩大到了312 GHz。

该研究提供了一种实现综合尺寸BO的有前途的方法，并可能在光纤通信系统的频率操纵中找到应用。这些科学家总结了工作原理：“调相引起了相邻频率模式之间的耦合，从而在频率维度上构成了一个晶格。随着光脉冲在光纤环路中传播，可以通过使用光延迟来调整往返时间。在脉冲循环时间和调制周期之间可以引入小的时间失谐，这是频率晶格中的有效电场力，因此降落会产生频率BOs。产生有效力，该有效力随传播距离而变化。”

“为了实现对从环路耦合出来的脉冲频谱的实时测量，在光纤环路电路的末端连接了基于DFT的光谱仪。长色散补偿光纤执行傅立叶变换，从而映射频谱光脉冲转变成时域波形的包络。由于在光纤中的色散，实时时间与〜的分辨率，可以实现9.8千兆赫的频率光谱的测定“。

交流实验频谱演变，时间分别为2、5和8 ps失谐。df对应于ac的数值结果。图片来源：陈浩，杨宁宁，秦成志，李文万，王兵，韩天文，张驰，刘伟伟，王凯，华龙，张新良和陆培祥

“我们实现短脉冲和宽脉冲的入射，并直接观察频率BO的振荡和呼吸模式。当短脉冲在光纤环路中传播时，人们看到入射脉冲的频谱沿着余弦形轨迹发展，这是指对于较宽的脉搏，频谱表现出一种呼吸模式，在进化过程中伴随着自聚焦效应。”

“基于目前的方法，频谱处理克服了微电子带宽的限制。这项研究可能会在高效的频率转换和信号处理中找到许多应用。此外，借助BO，我们验证了可以利用矢量标尺潜力在合成频率晶格中操纵光子的光学特性，这提供了一种控制光的独特方法，特别是在拓扑光子学领域。”

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