多伦多大学观察到超窄光谱凹陷，为百年布里渊散射理论开辟新空间( 二 ) “1922年

在创造窄光谱凹陷中，其使用的“技巧”是将扭转的双折射介质和偏振相关增益结合起来，这意味着只有特定偏振态下的光才能被放大。
双折射——它的字面意思是有两个折射率。折射率是一种材料的特性，与光在真空中的传播速度相比，它会使光变慢，也会在介质交界面上弯曲光线。
有些材料有两种折射率，比如方解石。当进入这种双折射材料时，一束光可以分裂成两条具有正交偏振态的两束光。

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（来源：NaturePhotonics）
双折射特性也可以在光纤里实现，比如，将光纤的纤芯变成椭圆状。
当光传入双折射介质、比如椭圆芯光纤中时，它会以两种偏振模式传播。从技术上讲，它们被称为本征态，因为一旦光以本征态被发射出去，在没有其他扰动的情况下，它在整个传播过程中都将保持在同一本征态。
当双折射介质被扭转时，它仍然有两个正交的本征态。但这一次，本征态会因光的频率变化而变化。基于此，结合这种频率依赖性和偏振相关增益，该团队得到了一个对输入光频率和输入光偏振非常敏感的系统。
其工作原理如下：假如光以正确的频率和正确的偏振态，入射到扭曲的双折射介质中，它就不会得到任何增益，而这个频率会处于光谱凹陷的最低点。
而现在，如果光的频率只变化一丁点，那么在此次案例中，只比凹陷频率低或高了不到1兆赫兹，这时它的偏振态就会稍微偏离本征态。因此，它的一部分能量会转到其正交偏振本征态上，同时会被放大。
这种放大是一种正反馈机制，它导致正交本征态的功率迅速增大，进而导致光的整体偏振态被“拉”到获得增益的偏振态上。因此，光频率一旦偏离光谱凹陷频率，就会获得高增益。

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（来源：NaturePhotonics）
钱黎表示，此次所描述的现象好比一个反向激光作用。对于激光器来说，只有特定频率能获得高增益，光谱其他区域都没有增益。而在该研究的扭曲增益介质中，只有光谱凹陷频率处没有增益，但是在凹陷附近的任何其他频率都会有高增益。其结果就是不需要任何谐振器，就能实现超窄光谱凹陷。
期间，该团队使用布里渊增益作为偏振相关增益，并使用椭圆芯保圆光纤作为扭曲的双折射介质。有趣的是，尽管布里渊增益已经为人所知几十年，而椭圆芯保圆光纤也被商业使用，特别是用于电流传感。但是，这种超窄光谱凹陷以前从未被报道过。
“所以，当我和学生尼尔·乔克西，为这种光谱凹陷找到解释时，我们也问自己，为什么这种现象一直未被科学家们发现？事实证明，我们只是非常幸运地‘偶然发现’了这个凹陷。不管是谁，有几个因素必须凑巧出现，才能观察到这个凹陷。 ”钱黎说。
观察步骤具体如下：首先要想获得布里渊增益，就需要一个泵浦激光输入和一个对向传播信号激光输入。泵浦输入和对向信号，都必须处于它们各自的本征模式之一。而且，泵浦输入的本征态必须与对向信号正交。哪怕光的偏振态，对这些约束条件有非常轻微的偏离，也会让这种光谱凹陷消失。
其次，扭曲双折射介质必须有相当程度的扭转、和相当程度的双折射特性。对于给定的双折射率，太多、或太少的扭转都会导致这种凹陷消失。 “所以我们真的需要一种‘金发姑娘’（英语典故，意为‘刚刚好的’）光纤。我们很幸运地拥有这种光纤，才得以偶然发现了一个以前没有人观察到的现象。 ”钱黎表示。