研究人员在光脉冲的周期振荡和传输方面取得了进展，这为下一代光通信和信号处理的发展提供了可能。

研究人员通过对超布洛赫振荡（Super-Bloch Oscillations，SBOs）进行实验，在波物理学领域取得了重大进展，这些实验展示了操控光脉冲的潜力。通过同时施加直流电和近失谐交流电场，研究人员不仅首次观察到SBO崩塌，还将这些振荡扩展到任意波驱动情况，为创新的光通信技术开辟了道路。

波动物理和超布洛赫振荡

对波传输和局域化的完全相干控制是波物理研究中长期追求的目标，它涵盖了从固态到物质波物理和光子学的许多不同领域。其中最重要且最迷人的相干传输效应之一是布洛赫振荡（BO），它指的是在直流（DC）驱动电场下固体中电子的周期性振荡运动。超布洛赫振荡（SBOs）是通过同时应用失谐的直流和交流驱动电场而实现的巨大振荡运动。作为布洛赫振荡的放大版本，超布洛赫振荡受到的关注度低于普通布洛赫振荡，主要是因为它们的实验观察更具挑战性，并且需要更长的粒子相干时间。

自激发振荡的一个独特特征是存在通过交流驱动重整化效应实现的相干振荡抑制，表现为振荡模式的局域化，振荡幅度消失。这种有趣的现象被称为自激发振荡的“崩溃”，通常发生在强交流驱动状态下，这在以往基于电子系统和其他系统的自激发振荡实验中都未实现。目前所有关于自激发振荡的理论和实验研究都局限于最简单的正弦交流驱动情况，因此，在更一般的交流驱动格式下自激发振荡的崩溃，以及利用自激发振荡进行灵活的相干波操纵的能力，都尚未得到探索。

关于超布洛赫振荡的突破性实验

在最近的一项研究中，武汉光电国家研究中心、华中科技大学物理学院和米兰理工大学的研究人员着手解决这些问题。据《先进光子学》报道，通过在合成时间晶格中结合直流驱动和近失谐交流驱动电场，研究人员成功地实现了强驱动条件下的SBOs。他们首次观察到SBO崩溃效应，并将SBOs扩展到任意波形驱动情况。

通过灵活控制定制的合成直流和交流电场，研究人员观察到在特定驱动振幅下振荡幅度消失和初始振荡方向翻转的特征，显示出明显的自感应振荡崩溃迹象。对于正弦交流驱动，他们表明，当交流驱动场的振幅频率比取一阶贝塞尔函数的根时，会发生自感应振荡崩溃，表现为振荡完全抑制，振荡幅度消失，并且越过崩溃点时初始振荡方向翻转。

光通信的未来前景

研究还从振荡模式的傅立叶频谱中分析了自弯曲光束（SBOs）特有的快速摆动特征和SBOs的坍塌。通过将SBOs从正弦驱动推广到任意波驱动格式，研究人员还观察到了具有可调坍塌条件的广义SBOs。最后，报告利用振荡方向翻转特性设计了可调的时间光束路由器和分割器。

米兰理工学院的教授、本文的通讯作者斯特凡诺·隆吉表示：“这项工作实现了光脉冲的周期性振荡和传输，这也可能在未来一代的光通信和信号处理中的光路由、光分裂和光定位等多功能时间束控制中得到广泛应用。”

参考文献：“观察强驱动光子时间晶格中超布洛赫振荡的崩塌”，作者为胡新元、王树林、秦成智、刘晨宇、赵朗革、李迎岚、叶寒、刘伟伟、斯特凡诺·隆吉、陆培祥和王冰，2024年7月2日，发表于《先进光子学》。DOI：10.1117/1.AP.6.4.046001