光学研究表明波导可确保方位角的稳定传播

光学涡旋在光学信息处理中起着越来越重要的作用。作为信息载体，它可以提高信道容量并提供与极化，强度，相位和路径不同的独立分析方面。使用称为方位角的涡旋光束，通过非线性光学器件，提供非线性的光学编码和加密新自由度，该涡旋光束携带轨道角动量，现在可以使其表现出相互转换的模式，称为拉比振荡。

一种以1944年诺贝尔物理学奖得主伊西多尔·拉比命名的量子效应，拉比振荡表示在存在振荡驱动场的情况下，两种不同能级之间的周期性运动。这种效应在光子学中也得到了研究，在光子学中，介质的折射率变化可以通过轻微的周期性纵向调制来模拟振荡驱动场。迄今为止，拉比振荡的研究主要集中在线性系统中，但最有趣的现象往往出现在非线性领域。

方位角在传播时表现出稳定的旋转，但是它们通常是不稳定的，因此它们通常在传播过程中分解。西安交通大学的Yiqi Zhang领导的研究小组最近证明了弱非线性波导，它可以保证方位角的稳定传播。他们在非线性中找到了解决这个不稳定性问题的方法，并将报告发表在《高级光子学》上。

非线性多峰波导：从旋转到振荡

该团队确定了弱非线性的具体要求:(1)与环境折射率相比，线性和非线性引起的折射率变化都很小，(2)引起的非线性折射率变化比线性折射率变化小得多。他们的理论研究表明，感应电势的深度与波导的横向尺寸密切相关。这表明多模光纤可用于获得深势能阱，这也允许浅调制。

考虑到这些因素，Zhang和同事开发了一种明显是多模的弱非线性波导。他们将各种模式与不同的模式分布配对。通过将π相移和振幅调制引入一种模式，然后叠加另一种模式，他们获得了一个方位角调制的旋涡。由于存在非线性和对电势的纵向弱周期性调制，因此，方位角调制的涡流在传播过程中以固定的角速度旋转，并且在两种模式之间表现出拉比振荡（振摆）。

作者指出，传播光束的空间对称性将在这个过程中周期性地变化。根据耦合模理论，拉比振荡主要受纵向调制强度和叠加方位角的空间对称性的影响。在没有纵向调制的情况下，方位角以恒定的速度旋转，其轮廓得以保留。但是，通过轻微的纵向调制，在传播过程中可以观察到不同方位角的相互转换:拉比振荡。

西安交通大学电子科学与工程学院副教授，资深作者Yiqi Zhang说:“由于我们的模型支持具有较高拓扑电荷的高阶方位角，所以选择光束所携带的轨道角动量有很多选择。然而，拉比振荡只能发生在某些剖面的方位角之间。我们现在有了一些克服这一限制的想法，因此我们将继续进行研究。”

各种漩涡

    除了增强光学信息处理的希望外，方位拉比振荡的证明有助于更好地理解涡旋的旋转动力学和非线性在调节这些动力学中的内在作用。被非线性光学系统中的空间场操纵所吸引，作者注意到他们的发现对于光子学的潜在发展很重要，例如螺旋波导或拓扑绝缘体。更广泛地说，他们的研究结果有助于更好地理解诸如旋风、龙卷风或飞机尾流中形成的涡流等日常现象。