文 献 综 述
光子学系统中的复本对称性破缺特性的对比研究
1.随机激光
在19世纪60年代，Letokhov第一次提出了随机激光[1]。然而，在1994年的报道中，Lawandy及其相关研究人员才建立了第一台在实验环境条件下能够有效使用的随机激光器，第一次清楚地观察到了随机激光[2]。同时，他们还证明了随机激光器的运行是基于在带有悬浮TiO2颗粒的酒精溶液中溶解的染色分子。随机激光器是开放系统，不同于传统的激光器，不需要传统激光器所需要的反射镜构成的光学谐振腔。随机空间分布的纳米颗粒引起光的多重散射，多重散射增加了光子在增益介质中的光程或者存在的时间，所以多重散射提供了光反馈，增益介质提供光放大[3,4,5]。把随机谐振器中激光的行为定义为一个随机激光[6]。随机谐振器是一种乱序媒介，这种媒介中充满了大量的带有重复谐振的电磁场模[1]。在随机媒介中，这些模并不是局部的，而是可扩展的模。它们有有限的生命，有时也称为“准模”。通常，把随机激光器视为一个表现出乱序行为的多模激光系统，用可能的分布描述[6]。
早期阶段，对于随机激光的研究主要是基于光的散射[7,8,9]。这些研究刺激了在乱序介质中，考虑了大量光子传播的光子态的研究[10-16]。大量的研究表明，随机激光的性质以及在随机放大介质中，特别是强散射体系中，局部模式的分布是很重要的[17,18]。实验表明，当泵浦能量增加时，会出现大量的耦合振动模和一系列有关光学信号的重要动态性质[19-22]。事实上，随着泵浦强度的和样本体积的增加，能观察到的最大的模式数量增加[23,24]。为了深入研究随机激光的工作机理，在过去几十年，大量的材料被用于实验[25]。近年来发表的关于随机激光的研究中，使用了溶解有用作光散射的悬浮的微米或者纳米颗粒的透明液体，胶体，或者晶体的染料[26-31],半导体粉末[32,33]，掺杂稀土离子的不导电纳米晶体[34,35]，掺杂发光分子的低聚物和有机膜[36-41]，半导体和金属纳米结构[42-45]，甚至是气体原子[46]等材料。关于随机激光基本性质的其他研究可参考[47-50]。随着随机激光器的发展，随机激光器已运用于传感[51]，光流体学[52,53]，成像以及其他领域[54]。
近年来，对随机激光的研究得到了新的发展，其中最重要的一个方面是它作为一个研究复杂系统的平台[55]。涌现了大量的研究者研究随机激光的行为，包括输出光强度起伏变化的莱维分布和对于光子自旋玻璃相的相移--复本对称性破缺到自旋玻璃相的相移。在Fallert[56]等人的研究中，他们把起伏变化归因于局部和扩展模式的共存。在Karen[57]等人的研究中，他们认为是流体内部的波动引起的。在Lepri[58]等人的研究中，他们分析了不同的散射体。在Mujumdar[59]等人的研究中，考虑了模式竞争和混乱行为。在Skipetrov[60]等人的研究中，他们认为波动的起伏变化是因为透明的Kerr介质，尽管这些介质与随机激光的增益和损耗并不是严格相关，但是它们与在Leuzzi[61-63]等人的研究中研究自旋玻璃的方法有关[55]。通过实验发现，在低于泵浦阈值时，强度波动的统计分布服从高斯分布；在阈值附近时，强度波动的统计分布服从莱维分布；在高于阈值时，强度波动的分布服从高斯分布[64]。
2.复本对称性破缺
复本理论由Anderson和Edwards首次提出，由Sherrington和Kirkpatrick进一步完善，是为了解决自旋玻璃中的一些问题[65]。复本理论是基本的统计学理论之一，在许多地方得到了广泛的运用[66,67]。自旋玻璃理论是复杂物理学中的主要理论之一，可以描述神经网络，生物体系，随机光子[68],也用于描述一些失对称的现象[69,70]。自旋玻璃理论预言，在能量场中，当大量的竞争均衡态出现时，有序参数统计分布的形状会发生变化[71]。根据自旋玻璃理论可知，在磁系统中，具有相同自旋相互作用分布的同一系统在相同的条件下，可表现出不同的状态。系统复本在物理上不在对称，把这种现象称为复本对称性破缺,实验可通过复本重叠参数q的可能分布形状判定[68]。具体而言就是，由两个不同复本中占据相同位置的某个自旋乘积定义的自旋-自旋相关函数，分析每对复本系统的q，得到q的概率分布函数P（q），通过概率分布函数的值判定是否出现复本对称性破缺。
早期，为了消除在自旋玻璃平均场理论中出现的不稳定性，运用复本理论，破坏复本的对称性[73]。后来，在研究光子学系统时，通过对比发现，光子系统在平均场理论下的哈密顿量的实部与磁P-自旋模型的哈密顿量相似。所以，用于处理磁系统的一系列基于统计物理的分析技巧对于处理光子系统也同样使用，特别是复本理论。
大量的实验研究并证明了随机激光中的复本对称性破缺现象。Angelani,Conti[74,75]等研究者通过研究随机激光强度起伏变化的自相关分布，定义了一个重叠参数的类似参数，发现了从光子顺磁到光玻璃态相位的移动。Ghofraniha[76]等人从实验上也证明了复本对称性破缺。而自旋玻璃理论也成了研究随机激光玻璃态行为的一个重要理论。
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