Artículo de revista
Experimental realisations of the fractional Schrodinger equation in the temporal domain
Realizaciones experimentales de la ecuación fraccionaria de Schrödinger en el dominio temporal
Registro en:
2041-1723
10.1038/s41467-023-35892-8
9Y0ZG
36641454
WOS:000950192400002
Autor
Liu, Shilong
Zhang, Yingwen
Malomed, Boris A. A.
Karimi, Ebrahim
Institución
Resumen
The fractional Schrodinger equation (FSE)-a natural extension of the standard Schrodinger equation-is the basis of fractional quantum mechanics. It can be obtained by replacing the kinetic-energy operator with a fractional derivative. Here, we report the experimental realisation of an optical FSE for femtosecond laser pulses in the temporal domain. Programmable holograms and the single-shot measurement technique are respectively used to emulate a Levy waveguide and to reconstruct the amplitude and phase of the pulses. Varying the Levy index of the FSE and the initial pulse, the temporal dynamics is observed in diverse forms, including solitary, splitting and merging pulses, double Airy modes, and rain-like multi-pulse patterns. Furthermore, the transmission of input pulses carrying a fractional phase exhibits a fractional-phase protection effect through a regular (non-fractional) material. The experimentally generated fractional time-domain pulses offer the potential for designing optical signal-processing schemes. Studies on the fractional Schrodinger equation (FSE) remain mostly theoretical, due to the lack of materials supporting fractional dispersion or diffraction. Here, the authors indirectly realized the FSE using two programmable holograms acting as an optical Levy waveguide. La ecuación fraccionaria de Schrödinger (FSE), una extensión natural de la ecuación estándar de Schrödinger, es la base de la mecánica cuántica fraccionaria. Se puede obtener reemplazando el operador de energía cinética con una derivada fraccionaria. Aquí, informamos la realización experimental de un FSE óptico para pulsos de láser de femtosegundos en el dominio temporal. Los hologramas programables y la técnica de medición de disparo único se utilizan respectivamente para emular una guía de ondas de Levy y para reconstruir la amplitud y la fase de los pulsos. Al variar el índice de Levy del FSE y el pulso inicial, la dinámica temporal se observa en diversas formas, incluidos pulsos solitarios, divididos y fusionados, modos dobles de Airy y patrones de pulsos múltiples similares a la lluvia. Además, la transmisión de pulsos de entrada que llevan una fase fraccionaria exhibe un efecto de protección de fase fraccionaria a través de un material regular (no fraccionario). Los pulsos de dominio de tiempo fraccionario generados experimentalmente ofrecen el potencial para diseñar esquemas de procesamiento de señales ópticas. Los estudios sobre la ecuación fraccionaria de Schrödinger (FSE) siguen siendo en su mayoría teóricos, debido a la falta de materiales que admitan la dispersión fraccionaria o la difracción. Aquí, los autores realizaron indirectamente el FSE utilizando dos hologramas programables que actúan como una guía de ondas óptica de Levy.