最近，理工学院光电工程系新型光电材料与激光技术研究组付神贺副教授在表面波场的色散调控以及无发散波场的传输方面取得重要研究突破。付神贺副教授以永利集团为第一作者单位，将其研究成果投稿至《Physical Review Letters》并被顺利接收发表（Dispersion Management of Propagating Waveguide Modes on the Water Surface，Phys. Rev. Lett.118, 144501]。《Physical Review Letters》是世界著名的物理学顶级学术期刊，该学术期刊自创刊以来，曾报道过物理学史上多个里程碑式科学发现和理论研究突破，如：X射线发现、电子及电子电量的发现、爱因斯坦相对论及光电效应理论、薛定谔量子理论、电子波动理论、激光理论、超导理论、波色爱因斯坦凝聚态等等。2017年4月5日《Physical Review Letters》刊登付神贺副教授论文是永利集团高水平大学建设的重要成果之一。

图1理工学院新型光电材料与激光技术研究组

该文章首次把光学波导传输模式的概念应用到水表面波动体系，通过合理调控表面波场的色散行为，成功实现线性和非线性无发散波场的传输过程。波场的时间色散和空间衍射是波动的两个基本特性。两种特性的结合使得时空受限的波场在传输过程中会逐渐展宽，这对通信、军事等长距离传输领域的应用非常不利。传统上，科学家主要依靠介质材料的非线性响应来克服波场的线性展宽，从而获取时空局域的波场传输行为。事实上，通过波场模式的衍射或者色散调控，科学家能够在线性条件下产生具有远程传输能力的波场结构。目前，这种特殊的波场传输模式已在光波、表面等离子体波、声波等多种波动体系中实现。这项工作则首次把波导传输模式的概念推广至水表面波动体系，使得传统认为色散不可调的表面波动体系变得可控，从而丰富了波场的色散特性。在此基础上，通过合理调控波导传输模式的色散行为，一方面，该工作报导了线性条件下无发散波场模式的传输过程；另一方面，研究了非线性抛物波场的自相似传输行为。值得一提的是，非线性抛物波的自相似传输能有效避免由于过强的非线性效应导致波场结构的破缺，为通信技术提供一种新的原理和方法。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.144501

                （a）                     （b）                     （c）

图2 无发散波场的实现：（a）（b）分别为强色散和弱色散波包的演化行为；

（c）为无色散波场的演化行为。