联合激光器用于探索拓扑缺陷

相互作用的激光器圆圈是一种新的激光器模型，能够用于探索拓扑缺陷和看似不相关的系统中的无序结构。

如果慢慢冷却铁水，电子的自旋可以逐渐对准同一方向，从而产生强磁场。但快速冷却铁水将产生在各个方向上排列的磁畴，被称为“拓扑缺陷”。宇宙在大爆炸后迅速冷却，可能会出现类似的现象。为了研究实验室中没有温度控制的拓扑缺陷形成，以色列魏兹曼研究所的Nir Davidson和同事现在已经开发了一个相互作用激光束的实验模型。激光强度的成像使得它们可以测量形成拓扑缺陷可能性的一系列参数。

激光靶眼。10个相互作用的激光器（左）组成的圆圈可以使其相位同步，如图像中心附近的明暗环之间的区别所示。但是使用20个激光器（右）组成的圆圈将有20％的可能性导致拓扑缺陷，其中相邻的两个激光器的相位产生了偏离，导致明暗相间的圆圈不明显。图片来源：V. Pal等人。

为了创建他们的实验模型，Davidson和他的同事放置了一个圆盘，其中包含10到30个孔，在激光腔内排成一个圆圈。这个“掩模”产生了一组激光束，每组激光束从不同的孔中射出并将有一部分光泄漏到其两束相邻的激光束中，从而产生相互作用。这些相互作用导致光束之间的相位差随时间变化。相互作用的演变极快，研究团队只能通过记录所产生的激光强度图案，简单地观察其最终状态。

这种最终状态代表了在空腔中大约1000种不同激光纵模的组合效应。基本上相当于1000次独立实验同时运行，每次独立实验在激光器之间具有不同的初始相位关系。在许多情况下，激光束可以快速同步其相位，但是对于一些初始相位关系，光束将被“卡在”每束激光远离其相邻激光束固定相位的状态。该团队表明，使用十个激光器时，这些拓扑缺陷的状态恰好是八个。

研究人员通过分析激光强度图案测量拓扑缺陷形成的可能性，例如改变激光器数量和腔内激光的功率。他们发现，随着激光功率的增加，拓扑缺陷变得越来越大。该团队通过模拟解释了该结果，表明当激光功率高时，光束之间的强度变化迅速下降，而低功率与较慢的强度平衡有关。他们称，较慢的平衡相当于较慢的冷却速率，因此形成拓扑缺陷的可能性较低。