南开科研团队统一了两类自加速效应

还记得牛顿第二定律吗?

根据牛顿第二定律，物体所受合外力不为零的情况下会产生加速度。然而，自然界中还存在其它不需外力也可加速的现象。比如基于负质量的径向加速——正负质量物体相互作用后会持续沿同一方向加速；或是基于波包干涉的自加速现象，其本质是色散效应具有内禀的重力势场，相关的典型例子为艾里波包。在光学中，利用这些概念产生了自弯曲光束、自加速脉冲等新颖光场，它们在光学操控、超分辨成像、精密测量、微纳加工等方面发挥了独特的优势。

尽管上述的两类自加速效应受到了广泛的关注，但是它们之间的联系一直未被建立。近日，南开大学物理科学学院胡毅教授、陈志刚教授和许京军教授率领的研究团队与加拿大国立科学研究院的Roberto Morandotti教授合作，统一了受到广泛研究的两类自加速效应。他们在理论上发现类艾里波包可直接用于径向加速的构建，从而建立了这两类自加速效应的统一。该团队进一步在实验上利用非线性光脉冲传输平台论证了这一结果（见下图），实现了峰数可调的自加速脉冲，这在光脉冲的精确控制、频率转换与信息编码等方面具有应用价值。

（a）实验装置图；（b）和（c）分别为径向加速脉冲传输的时域和频域仿真模拟；（d）和（e）分别为实验中脉冲出入射的时域和频域分布。

该项研究成果以“Unveiling the link between Airy-like self-acceleration and diametric drive acceleration”为题发表在《Physical Review Letters》上，南开大学为第一完成单位，南开大学博士生张平为第一作者，南开大学胡毅教授和许京军教授为共同通讯作者。（论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.083901）。

这一工作受到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重大研究计划、国家自然科学基金优青与面上项目等资助。

该成果的发现是建立在南开大学研究团队对自加速效应与非线性光场调控的长期研究以及不断积累的工作基础上。近几年该团队发现了系列自加速新效应及其新应用，提出并实验实现了非线性响应的可视化测量技术（Phys. Rev. Lett. 123, 234101 (2019)， Phys. Rev. Appl. 14， 064001（2020））；以及将经典的径向加速拓展至相干范畴（Opt. Lett. 44, 5949 (2019)，Opt. Lett. 45, 3175 (2020)），提升了加速度，并发现了拉比振荡中的手性效应（Phys. Rev. Lett. 125, 123201 (2020)）。