光学热力学中的普遍光路路由

理解和利用复杂非线性系统的动力学，如今正处于广泛科学和技术探索的核心。在光学领域，光在非线性多模环境中的演化是一个棘手的问题，因为其混沌演化常常阻碍对预测性见解的获取。最近提出了一种光学热力学框架，可系统性地不仅能预测，还能驾驭这些系统的复杂行为。本文通过运用熵原则，展示了一种反直觉的光学过程：即光经由精心设计的非线性阵列中输入任意端口，都会普遍地通向一个紧密局部的基态，这种响应在线性保守系统中完全无法实现。这种现象源于晶格结构与动力学和非线性哈密顿量成分展开方式之间的相互作用，导致两种光学热力学过程：类似于焦尔-汤姆逊膨胀随后模式热化。实验上，在经过适当配置的非线性时合成网格晶体中实现了此效果，其中光学温度接近零，导致光无论初始激发位置如何，都集中于单个点。本文所示的效应为在实现基于光学热力学原理的新型光学功能（如全光束控权、复用和高功率下的非线性光束加工）提供了新的途径，同时也更好地理解了光-物质相互作用在多模非线性系统中的精彩现象。