孤子爆炸是耗散系统中一种很特别的非线性现象。其具体是指孤子在传输过程中突然爆炸成 “碎片”，更有意思的是这些“碎片”随后又会还原成原来的孤子。孤子爆炸现象是由澳大利亚国立大学的阿克麦迪夫教授在模拟朗道方程的时候发现的（Phys. Rev. Lett. 85, 2937 (2000)）。两年后这一现象被美国科罗拉多大学的卡迪夫教授从实验上证实(Phys. Rev. Lett.88, 073903 (2002)）。目前，这种奇异的非线性过程只在孤子中被发现。一个基本的问题是其它非线性波是否也具有这种爆炸现象。

很多非线性系统有周期性解。呼吸子是典型的周期性解，其脉冲能量，宽度在传输过程中会周期性改变。实验室曾和平教授课题组首次发现呼吸子具有爆炸现象。相关结果发表于Physical Review Applied 12, 034052 (2019)。实验以飞秒光纤激光器作为研究平台。通过控制激光器的非线性，激光器可以工作在多个模式。图一的分叉图清晰地表明如何通过控制泵浦功率实现在呼吸子爆炸，呼吸子，传统锁模模式之间切换。

图二展现了呼吸子爆炸动力学过程。该图纵向表示传播距离，横向坐标是波长。图中颜色的深浅代表某一波长处的强度大小。可以看出刚开始脉冲光谱呈现周期性展宽压缩，这是典型呼吸子的特征。随后光谱信号急剧变弱后突然变强。这一强度很高的光谱杂乱无章，是典型的爆炸式光谱。随后，杂乱的光谱又会还原成呼吸子。这便是整个呼吸子爆炸过程。

呼吸子爆炸展现出与孤子爆炸不同的动力学。例如孤子爆炸发生在传统锁模阈值以上，而呼吸子则在锁模阈值以下爆炸。此外，呼吸子爆炸是由调Q引起，而孤子爆炸一般是由拉曼等其它物理效应引起。这一结果将有助于设计更加稳定的飞秒激光器，也有助于理解复杂的物理系统。此外，呼吸子在水波，光学微腔等系统获得了极大的关注，我们的工作也将促进呼吸子爆炸在这些领域的研究。

图一，激光器不同工作模式。从左到右依次是breathing DS explosions （呼吸子爆炸）, breathing DSs （呼吸子）, and CW mode locking （传统锁模）。

图二，呼吸子爆炸过程图。刚开始，光谱宽度周期性变化。随后，光谱急剧变宽，变乱表明发生了爆炸，爆炸后光谱又会变光滑，表明呼吸子又还原了。

来源：华东师范大学