Probing rotational wave-packet dynamics with the structural minimum in high-order harmonic spectra
我们研究了非线性排列分子在前半转动回复附近产生的依赖于共振的高次谐波谱。研究发现，分子排列的演化是在结构极小值中编码的。为了揭示分子排列与高次谐波谱中的结构极小值之间的关系，我们基于双中心干涉模型进行了分析。我们的分析表明，结构的最小位置线性依赖于排列参数$<\cos^2θ>$的倒数。这种线性关系表明了通过测量光谱极小值来探测旋转波包动力学的可能性。
2014-03-04 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.optics
Simultaneous imaging of vibrational, rotational, and electronic wave packet dynamics in a triatomic molecule
本研究针对强耦合下分子多自由度动力学表征难题，结合时间分辨CEI与量子模拟，同时观测了二氧化硫的振动、转动及电子波包演化，验证了多重符合CEI用于多原子分子耦合运动研究的有效性。
2025-06-06 physics.atm-clus physics.chem-ph physics.optics
Arbitrarily accelerating space-time wave packets
所有已知的沿其传播轴加速的光学波包的实现，例如色散介质中的艾里波包或波前调制的X波，都表现出恒定的加速度;也就是说，群速度随传播线性变化。在这里，我们合成的时空波包，在自由空间中旅行的任意轴向加速度配置文件，包括群速度的整数或分数指数的距离变化。此外，我们实现了一个复合的加速度剖面：波包首先从一个初始群速度加速到一个终端群速度，减速回到初始值，然后以固定的群速度传播。这些前所未见的光加速现象都是使用相同的实验装置产生的，该装置精确地塑造了波包的时空光谱结构。
2021-09-09 physics.optics
Visualizing molecular unidirectional rotation
分子可以被光学加速，以几个太赫兹的频率单向旋转，这比经典的机械转子高出许多个数量级。这种光子诱导的超快分子单向旋转作为分子核波包的可控自旋已经得到了很好的探索。尽管单向旋转核波包的观测已经有10多年的历史，但它的完整成像仍然是所有探索性应用的基石。在这里，我们第一次，实验可视化的时间依赖于双脉冲激发的分子单向旋转的库仑爆炸成像的旋转核波包的演化。我们的结果揭示了在开创性的测量中未发现的全面的细节，这表现为脉冲排列的旋转波包的量子复兴和它的单向旋转遵循角动量守恒。数值模拟很好地再现了实验观测，直观地再现了旋转波包的彻底演化。
2014-11-13 physics.atm-clus physics.optics
Is there an accelerating nonspreading wave packet in the Schrödinger equation with higher even-order dispersions?
Khalifa University（哈利法大学）
该研究探讨高阶偶数阶色散薛定谔方程中加速非扩散波包的存在性，发现艾里型波包主瓣静止且整体扩散，答案可能是否定的。
2026-09-23 nlin.PS physics.optics
N$_2^+$ Lasing: Gain and Absorption in the Presence of Rotational Coherence
我们模拟了氮分子激光的泵浦-探测实验，特别关注转动波包动力学的影响。我们的计算表明，在N $_2^+$的旋转波包的相干制备由一个强烈的短的非共振脉冲的结果在随后的发射调制从$B^2Σ_u^+ \rightarrow X^2Σ_g^+$跃迁引起的共振种子脉冲。我们使用密度矩阵理论来描述N $_2^+$动力学和麦克斯韦波动方程来模拟种子脉冲传播的动力学，这样的泵浦和发射建模。结果表明，延迟种子脉冲的增益和吸收依赖于抽运-种子延迟，即抽运脉冲激发的旋转相干光可以调制延迟种子脉冲的增益和吸收。此外，我们证明了氮离子的相干旋转动力学可以导致激光没有电子反转。
2020-04-08 physics.atom-ph physics.optics
Mid IR single-cycle light bullet self-reconstruction after an air gap under single-pulse femtosecond filamentation in LiF
本文介绍了在单脉冲飞秒中红外激光照射下，极压缩波包光弹（LB）穿透LiF气隙的实验研究结果。它是由激光着色方法和从数值模拟显示，一个单周期的LB，这是之前形成的空气间隙高达0.5 mm的宽度，完全恢复后，通过一定的距离，在LiF后的间隙。该距离随着间隙宽度和间隙之前的LB路径而非线性地增加。LB光束在空气隙中有一个聚焦半径为20-100 μm的强会聚波前，束腰后的发散角比高斯光束小得多。
2020-01-27 physics.optics
Influence of molecular rotation on the generation of N$_2^+$ air lasing
该研究通过理论求解密度矩阵和麦克斯韦-布洛赫方程，发现分子转动显著影响N$_2^+$空气激光的增益形成与信号放大，转动相干性起主导作用，可作为控制激光动力学的可调参数。
2025-04-25 physics.optics
The Natural Formulation of Cubic-Phase Dynamics in the Linear Potential
Ludwig-Maximilians-Universität（路德维希-马克西米利安大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究线性势中量子波包三次方相位动力学，基于本征态无量纲化确定本征力，得出三次方系数解析形式，通过两碰撞波包干涉外差解调提取相对三次方系数，其值与预测高精度相符，分析涵盖多领域。
2026-10-28 physics.optics quant-ph
Particle-like behavior of topological defects in linear wave packets in photonic graphene
拓扑缺陷，如量子涡旋，决定了量子流体的性质。对它们的性质的研究一直是固态和BEC社区活动的中心。另一方面，波包的非平凡行为，如自加速艾里光束，也一直吸引着物理学家。在这里，我们研究的形成，演化和相互作用的光涡旋波包在光子石墨烯的狄拉克点。我们表明，即使在一个非相互作用的两个组件系统中出现的波包的拓扑激发仍然可以被认为是“粒子”，能够相互作用，其轨迹服从动力学定律。
2018-12-09 physics.optics
Goos-Hänchen shifts in frustrated total internal reflection studied with wave packet propagation
研究了用波包传播法研究受抑全内反射（FTIR）中的古斯-汉兴（GH）位移。在透射系数的一级近似下，GH位移与稳相法给出的表达式完全一致，从而使一个渐近常数随入射角的变化以两种不同的方式饱和。在二阶近似下，由于束宽的改变，GH位移总是与气隙宽度有关。结果表明，在小入射角下，随着光束宽度的减小，二阶修正的GH位移增大;在大入射角下，随着光束宽度的减小，GH位移减小。这些现象提供了更好的理解隧道延迟时间的FTIR。
2009-04-16 physics.optics
Self-seeded lasing in ionized air pumped by 800 nm femtosecond laser pulses
报道了800 nm飞秒激光脉冲泵浦下空气和纯氮气中的激光输出。根据气压、入射激光功率和光束会聚度的不同，在正向观察到不同的激光谱线，它们的相对强度变化很快。这些谱线是由于单电荷氮分子离子的第一负带的振动和转动能级之间的跃迁。我们发现，自播种起着重要的作用，在所观察到的强度变化。
2013-08-31 physics.optics
Comment on "Observation of Superluminal Behaviors in Wave Propagation"
Mugnai等人报道了一个实验，在这个实验中，微波包似乎以远大于c的速度在空气中传播。他们计算了包的群速度，发现与实验结果一致。这种计算是不正确的。正确的计算给出的群速度小于c。所报道的实验结果与麦克斯韦方程组不一致。
2000-06-23 physics.optics
Reconstruction of a Rotational Wavepacket of Inverted Molecular Ions in an Intense Femtosecond Laser Field
本文报道了在飞秒激光诱导等离子体火花中，N2+的激发电子B2 ~（？）u ~+基态（v = 0）的转动波包的产生.利用等离子体中N ~（2+）的B_2 ~（？）u ~+-X_2 ~（？）g ~+态之间的布居数反转产生的频率分辨种子放大空气激光光谱，实现了旋转波包的解码。我们还观察到，旋转波包导致调制的放大的种子信号在时域中使用泵浦探测方案，这可以很好地再现的理论计算。我们的研究结果表明，空气激光器提供了一个理想的探针，用于远程表征分子的旋转状态分布在飞秒激光诱导的细丝。
2013-05-27 physics.atom-ph physics.optics
Reassessment of ammonia self- and air-broadened half-widths in the HITRAN database
King Fahd University of Petroleum & Minerals（法赫德国王石油与矿产大学）
通过编译实验数据并建立经验关联式，改进了HITRAN中NH3自展宽和空气展宽半宽度的表示，将平均绝对百分比误差分别从23.61%降至10.89%和从10.95%降至6.80%。
2026-06-23 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.optics
Finite-energy accelerating beam dynamics in wavelet-based representations
加速束是波包，它似乎在没有外力或外力的情况下自发地加速。自从他们第一次以艾里束的形式实现物理以来，他们已经在从光学到等离子体物理的各种平台上找到了应用。我们研究了由突变理论导出的有限能量加速光束的例子的动力学。我们使用一个马德隆变换的动量空间，结合小波变换分析，以证明光束的性质产生于一种特殊类型的消失的自干涉。我们确定的模式负责的波包的加速度，我们推导出一般的加速度高阶杯状体相关的光束。我们还演示了如何明亮的孤子产生的非线性艾里光束可以明确地检测使用小波变换。这种方法将允许更好地理解非平凡的波包动力学。
2020-05-07 cond-mat.quant-gas physics.optics
Accelerating and decelerating space-time optical wave packets in free space
尽管现在有过多的技术可用于控制光波包的群速度，但是用于产生群速度沿着传播轴可控地变化的加速或减速波包的选择非常少。在这里，我们表明，“时空”波包，其中每个波长与一个规定的空间带宽，使实现光学加速和减速在自由空间。赋予场精确的时空结构导致在自由空间中在$\sim20$ mm的距离上观察到的高达$\sim c$的群速度变化，这表示相对于X波和艾里脉冲至少$\sim4$数量级的提升。实现的加速是在原则上独立的初始群速度，我们已经验证了这种效果在亚光速和超光速制度。
2020-08-11 physics.optics physics.plasm-ph
Bending space-time wave packets
University of Central Florida（中佛罗里达大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文提出了一种通过雕刻光脉冲时空谱来生成自加速、对称且沿幂律曲线传播的时空波包，为电磁波目标回避提供了新方法。
2025-09-02 physics.optics
Generation of optical toroidal vortex with circular asymmetric gratings
本研究提出一种圆形非对称光栅，可将柱矢量波包转换为透射式光学环形涡旋脉冲，该紧凑器件有望应用于光学拓扑研究与高维光通信领域。
2024-04-18 physics.optics
Generation of neutron Airy beams
本研究通过全息方法克服了中子横向相干长度小、通量率低和缺乏中子透镜等挑战，首次在实验上成功演示了中子艾里光束的产生，为非基本粒子艾里光束的基础物理研究、新型中子光学元件开发及中子艾里涡旋光束的实现铺平了道路。
2024-07-28 physics.app-ph physics.optics
Two-photon vibrational excitation of air by long-wave infrared laser pulses
超短长波红外（LWIR）激光脉冲可以通过双光子跃迁共振激发N2和O2的振动。超快光学非线性的吸收、振动分量随时间增长，开始小于但很快超过电子、旋转和振动折射分量。振动分量的增长导致产生三次谐波的新机制，提供额外的双光子激发通道，基波+三次谐波。原始和紧急双光子激发驱动共振完全异相，导致吸收，振动非线性的空间衰减。这几乎消除了双光子振动吸收。在这里，我们提出了模拟和分析计算，演示这些过程如何修改空气中的超快光学非线性。研究结果揭示了超短脉冲长波红外波段大气传输的非线性光学现象。
2016-06-17 physics.optics
Intrinsic multipole moments of the non-Gaussian wave packets
具有非高斯空间分布的带电波包具有固有的多极矩。磁偶极矩和电四极矩被发现的一个广泛的类包，包括涡旋电子与轨道角动量$\ell$，艾里光束，所谓的薛定谔的猫态，和他们的推广。对于没有相位涡旋的包，电四极矩显示出与包的宽度，$|Q_{αβ}| \sim e\cdot σ_{\perp}^2$的平方增长，而它也是$|\ell|$倍增强的涡旋光束。对于电子显微镜的可用光束，这些多极矩相对容易调节并且可以相当大，这影响包的电磁场，并且还允许人们开发用于材料科学、原子和分子物理学、核物理学等的新诊断工具。
2018-11-04 hep-ph physics.atom-ph physics.optics
Real-Time Wave Mitigation for Water-Air OWC Systems Via Beam Tracking
在水-空光无线通信（OWC）信道中，动态海浪会使光束从其原始方向显著偏转，从而恶化通信性能。在这封信中，光束跟踪系统，以减轻波引起的通信退化的实验证明。通过在PAM 6系统上采用波束跟踪，在平均波斜率变化率为0.34 rad/s的情况下，在1.2 m的空中距离处实现了吞吐量的最大486%的提高（从140 Mb/s到820 Mb/s）。对于PAM 4信号，丢包率从75%显著降低到11%，最大吞吐量达到1.25 Gb/s。
2021-10-16 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Phase dislocations in hollow core waveguides
本文讨论了具有特定类型的包层边界旋转对称的空芯波导基本空芯模的电场中相位位错和涡旋形成的基本概念。对传输带内电场相位的分析表明，ARROW模型不能完全描述纤芯包层边界离散旋转对称的空芯波导中光局域化的机理。为了准确描述相位行为，有必要考虑当通过相位位错时π的幅度的相位跳变。
2021-09-14 physics.optics
Rotational coherences in O$_2^+$ following strong-field ionization
本研究通过强场电离氧分子，利用亚 cm$^{-1}$ 分辨率的傅里叶变换量子拍谱，识别了阳离子波包的电子、振动和转动态，证实了共振耦合对布居和碎片动量分布的关键作用。
2025-07-09 physics.atm-clus physics.atom-ph physics.optics
Topologically constrained high intensity light propagation in air
University of Maryland（马里兰大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本研究通过时空光学涡旋控制高强度激光脉冲在大气中的长距离纤维化，揭示了拓扑约束缺陷动态在非线性波传播中的作用。
2026-03-10 physics.optics physics.plasm-ph
Rotational Quantum Beat Lasing Without Inversion
在标准激光器中，光放大需要在较高和较低状态之间的粒子数反转，以打破吸收和受激发射之间的互易性。然而，在以特定叠加态制备的介质中，量子干涉可以完全抑制吸收，同时保持受激发射完整，从而打开了无反转激光的可能性。在这里，我们表明，激光无反转自然产生的强烈飞秒激光脉冲在空气中的传播过程中。它是由分子电离和分子排列的组合触发的，这两者在强光场中都是不可避免的。这种效应可以使许多分子气体中的宽带辐射无反转放大，为遥感提供不寻常的机会。
2020-01-22 physics.atom-ph physics.optics
Selective avoidance of multiple line-of-sight obstacles at 130~m using locally bending space-time wave packets
CREOL, The College of Optics & Photonics, University of Central Florida（中佛罗里达大学光学与光子学院）；Materials Physics and Applications - Quantum Division, Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室材料物理与应用部量子部门）；Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学工程与应用科学学院）
研究利用时空波包局部绕过障碍物的方法，通过对脉冲光束时空频谱工程设计，在130米露天环境实验，实现避开多个LoS障碍物并选择性到达目标，有望用于多种涉及LoS障碍物的应用场景。
2026-07-15 physics.optics
3D inhomogeneous self-accelerating beams
我们提出并产生了一类新的结构光实现类量子相干态的基础上的一组圆形艾里涡旋模式。这种相干态波包具有强的径向和角向自加速度的焦点，这利用了更一般的三维非均匀速度控制，具有类似于星系运动学的多层旋转的全局空间对称性，称为星系波。星系波被赋予了新的自由度来控制3D结构光的强聚焦和加速，在光学捕获、制造和非线性光学中有着广泛的应用前景。
2022-03-24 physics.optics
Non-paraxial relativistic wave packets with orbital angular momentum
平面波近似在粒子物理学中取得巨大成功的原因之一是，对能量、磁矩、散射截面等可观测量的非傍轴修正被衰减为$λ_c^2/σ_{\perp}^2 \ll 1$，其中$σ_{\perp}$是束宽，$λ_c = \hbar/mc$是康普顿波长。对于现代电子加速器来说，这一数值小于$10^{-14}$，对于电子显微镜来说，这一数值小于$10^{-6}$。在这里，我们表明，这些修正是$|\ell|$倍增强高轨道角动量的涡旋粒子$|\ell|\hbar$，它已经可以作为大$10^3\hbar$。我们提出了涡旋玻色子和费米子的相对论性波包，它们在洛伦兹助推下正确地变换，并局域在三维空间，代表了拉盖尔-高斯光束的非傍轴推广。我们证明，这是$\sqrt{|\ell|}\, λ_c \gg λ_c$，定义了一个傍轴尺度的包，在对比与非奇异相位（说，艾里光束）。利用现有技术，非傍轴修正可以达到$10^{-3}$的相对值，产生电子包不变质量的成比例增加，描述粒子和原子碰撞中的自旋-轨道耦合以及量子相干现象。
2018-06-25 hep-ph physics.optics quant-ph
Angular acceleration with twisted light
人们对剪裁在传播过程中横向加速的波包非常感兴趣。第一个实现是在光学领域，艾里光束。在傍轴近似下，这种光束被证明是横向加速的，同时遵循抛物焦散线，即使质心本身沿着直线路径行进。后来，韦伯和马蒂厄光束形式的非傍轴光场被证明，以及电子的非光学波包。这些领域已经发现了从粒子操纵、时空束控制、等离子体控制到非线性光学的大量应用。在这里，我们证明，第一次，光的角加速度，实现了非正则叠加的贝塞尔光束携带轨道角动量。我们表明，通过调整一个单一的参数的加速度和减速度可以不断调整。我们观察到一个意想不到的能量转移机制之间的空间区域的领域，我们研究实验和理论。我们的发现提供了一种新的光学领域，将使物质波和光流的研究。
2014-05-26 physics.optics
Relativistic vortex electrons: paraxial versus non-paraxial regimes
粒子物理学中的平面波近似意味着大质量波包的宽度$σ_{\perp}$远大于其康普顿波长$λ_c = \hbar/mc$。对于高斯光束或具有非奇异相位的光束包（比如艾里光束），对这种近似的修正衰减为$λ_c^2/σ_{\perp}^2 \ll 1$，通常可以忽略不计。在这里，我们表明，这种情况下急剧变化的粒子与相涡与轨道角动量$\ell\hbar$。对于含有$|\ell| \gg 1$的高扭曲光束，非傍轴修正得到了$|\ell|$倍的增强，并且$|\ell|$已经可以和$10^3$一样大。我们描述的相对论波包，无论是涡玻色子和费米子，正确的洛伦兹助推下转换，是本地化的3D空间，并代表了非傍轴的大规模拉盖尔-高斯光束的推广。我们比较了这种状态与它们的傍轴对应物，特别注意相对论效应和扭曲光子的差异。特别地，发现古伊相位是洛伦兹不变的，并且它通常取决于时间而不是距离$z$。通过计算电子包的平均不变质量、磁矩等，我们证明了非傍轴修正已经可以达到$10^{-3}$的相对值。这些状态和非傍轴效应对于正确描述相对论涡旋光束中的自旋-轨道现象、聚焦包被原子靶散射、粒子和核物理中的碰撞过程等都是相关的。
2018-07-27 hep-ph physics.optics quant-ph
Molecular Quantum Wakes for Clearing Fog
最近，在空气中的高强度激光照射已经证明，通过等离子体的产生及其相关的冲击波，可以清除光束周围的雾，留下光学透明的路径来传输光。然而，对于像自由空间光通信（FSO）这样的实际应用，需要在千米范围内具有多厘米直径的信道，这对于基于等离子体的方法是极其具有挑战性的。在这里，我们报告了一种完全不同的方法，基于量子控制。我们证明，雾清除也可以通过在空气中产生分子量子尾流来实现，并且既不需要等离子体产生也不需要等离子体。这种效应与N2中旋转波包的复相时间有关。以8个脉冲的共振串形式提供的泵浦光激励，其初始消光系数可达-6dB。
2020-04-08 physics.app-ph physics.optics
