蜂巢光子晶格中光波的无衍射和反常折射

空间频率模式的光子带隙反映了光波在周期性结构中的线性传输特性.以这种线性传输特性为基础,研究了蜂巢光子晶格中光波的无衍射和反常折射.通过详细分析带隙结构第一通带上的衍射与折射特性,得出了光波发生反常衍射和折射的入射条件.匹配不同的入射条件,数值模拟了光波的无衍射传输和反常折射现象.结果表明:将入射光束的波矢设置在蜂巢晶格布里渊区中正常、反常衍射区的交界处,可使高斯光束沿x轴、y轴方向的衍射得到有效抑制;以多光束干涉场作为入射光场,可对蜂巢晶格进行模式匹配,激发第二布里渊区的传输模式;进一步将模式匹配后入射光场的波矢设置在反常折射区,可实现光波的反常折射.     

调制损耗对硅基MZI结构光调制器非线性特性的影响

针对基于马赫-曾德干涉仪结构的硅基光调制器中非线性电光响应的问题,采用包含PN结非线性调制损耗和非线性折射率变化的模型,通过数值仿真方法,研究了上下两臂对称和不对称两种情况下,调制损耗对硅基光调制器非线性的影响.对比考虑调制损耗和忽略调制损耗的模型,发现在常规大信号情况下,当光调制器偏置相位为0时,调制损耗使得三次谐波增强,四次谐波减弱;当光调制器偏置相位为π/2时,调制损耗使得二次和四次谐波增强;而在小信号情况下,三次和四次等高次谐波不明显,在光调制器偏置相位为0时,调制损耗在光调制器上下两臂不对称情况下增加了基频分量串扰;在光调制器偏置相位为π/2时,调制损耗的影响主要表现为增加了二次谐波分量.     

马赫曾德环腔相位调制器的研究

为提高相位调制器的调制效率,结合单直波导光学环腔与带反馈的马赫曾德,提出用环形谐振腔等效为马赫曾德的上、下臂的新结构.采用耦合模理论推导了该模型的输出相位及归一化光强输出公式,数值分析了传输损耗因子、耦合角度对归一化输出光强及输出相位的影响.分析表明,输出光相位谱线随敏感环相位改变呈周期性变化,当耦合角度逐渐增大时,输出光相位谱线变尖锐,此时若要使输出相位产生π的相位差,敏感环的相位调制角度需较大.当传输因子较小时,相位谱线变化比较平缓,其最大值与最小值之间的差值不满足π的相位差.根据分析结果对结构参量进行优化,发现通过调节敏感环结构的耦合系数可以提高调制效率,仿真结果表明,当敏感环相位变化0.1π时,可以输出π的相位变化,同时归一化光强保持在0.9,满足了差分相移键控所需要的相位变化和信号幅度一致的要求,为进一步研究相位调制器提供理论依据.     

基于一维间距调制型光子晶格的光传输现象

采用数值模拟方法研究了高斯光束在四种间距调制型光子晶格中的传输规律. 研究发现: 在具有两个正双曲正割势垒和矩形势垒的晶格阵列中, 光波在势垒处发生明显的衍射现象, 而在势阱处发生强烈的局域现象; 在具有两个负双曲正割势垒和负矩形势垒的晶格阵列中, 光波可在势垒处发生无反射传输或在势垒中发生局域现象; 而在势阱中振荡衰减传输. 研究还发现在低功率情况下, 负势垒支持的线性模式间可以发生振荡耦合; 高功率非线性情况下, 光波将发生局域现象. 研究结果为利用光子晶格调节和控制光波传输, 实现全光开关提供了新的思路和方法. 关键词： 调制型光子晶格 波导阵列 模式 光开关     

微小型傅里叶变换光谱仪光场分析与衍射抑制

为了进一步实现傅里叶变换红外光谱仪的微小型化,在基于多级微反射镜的傅里叶变换红外光谱仪结构中引入空间光调制器与点探测器。利用多级微反射镜对入射光场进行相位调制,同时利用空间光调制器对各干涉级次进行分布式测量。将两个多级微反射镜作为两个相位衍射屏并将空间光调制器作为振幅衍射屏,分析光波与每一个衍射屏的作用,发现干涉光场受到空间光调制器和多级微反射镜边缘衍射光场的调制。多级微反射镜边缘对入射光的截止产生了衍射效应,为了抑制该衍射效应对系统的影响,提出了一种扩展多级微反射镜阶梯级数的方法。该方法通过扩大干涉区域,避免了边缘衍射效应对内部有效干涉级次的影响。计算表明,该方法可以消除干涉图序列的失真,有效实现信号光谱复原。     

低频液体表面波衍射条纹的不对称性

实验上实现了低频液体表面波的光衍射,当表面波波长远大于入射光波波长时,得到了稳定、清晰的衍射图样,并首次发现了衍射条纹具有明显的不对称分布.理论上对表面波衍射的近似条件进行了分析,得出了各级衍射条纹角宽度的解析表达式,解释了衍射条纹的非对称分布.衍射图样的不对称分布具有普遍规律,可观察的明显程度与表面波的波长和光波波长的比值有关,在能观察到衍射效应的条件下,当表面波波长远大于光波波长,非对称分布越明显,当表面波波长远接近光波波长时,衍射条纹可近似的看成是对称分布的.     

二元计算全息法产生复杂无衍射光束

无衍射光束是一种能在自由空间稳定传输的光束。近来,一类具有复杂光学形态的无衍射光束被引入,比如马蒂厄光束、抛物光束、非对称贝塞尔光束等。为了产生具有复杂结构的无衍射光束,需要对光波进行复振幅调制,即同时调制光波的振幅和相位。但目前的商用光学调制元件只能调制光波的振幅或相位。本文基于二元计算全息法,编码二维复透过率函数分布,构建了具有复振幅调制功能的二元实振幅非负计算全息图。利用实验室自主研发的投影成像光刻系统,对银盐干板进行曝光处理,经显影、定影处理,将其加工为相应的振幅掩模板,用来产生精确的具有复杂结构的无衍射光束。以无衍射马蒂厄光束为例,采用罗曼型迂回相位编码方法,在全息图每个抽样单元内开一个矩形通光孔径,通过改变通光孔径的面积来对复值光波的振幅进行编码,通过改变通光孔径中心偏离抽样单元中心的距离,来对复值光波的相位进行编码。最终构建了两种产生马蒂厄光束的典型二元实振幅计算全息图,其像素数高达28 000 pixel×28 000 pixel。之后利用加工好的振幅掩模板,准确、方便、高效地产生了的椭圆系数q=10,拓扑荷数m=0与m=1的第一种偶型马蒂厄光束,其他类型的马蒂厄光束可相应产生,这是一种光束形态多样、光束结构复杂的无衍射光束。实验结果证实,采用罗曼型迂回相位编码方法产生具有复杂结构的无衍射光束,有效避免了实验过程中分离的相位调制元件和振幅调制元件之间的对准误差,二元计算全息编码法是一种能用来调控产生复杂结构无衍射光束的新途径。     

利用波矢滤波超表面实现超衍射成像

超衍射成像是当前光学领域的研究热点.本文利用一种不对称分裂环超表面结构来实现超衍射成像,该结构由上下两个不对称的金属环组成,通过集体陷模共振可实现对入射光的波矢选择性透过.当物体发出或反射的光照射到超表面上时,入射角大于某一角度的入射光会被共振电场耦合吸收或反射,只有低空间频率的光波可以通过,从而减小衍射的影响,实现超衍射成像.数值模拟结果表明了这一方法的可行性.     

二维光栅光调制器阵列的光学分析与实验

基于标量衍射理论分析了二维光栅光调制器的衍射特性,提出了投影系统的光学处理方法,利用Matlab软件进行了仿真分析.分析结果表明,二维光栅光调制器的衍射光强分布是单个像素衍射光强的干涉叠加,其分布趋势与单个光调制器的衍射光强分布类似;通过反傅里叶变换可将各个调制器的衍射光重新分开而成像.如果用±1级衍射光的成像,相位为2kπ的调制器在投影面得到一个明亮的像,而相位为(2k-1)π的调制器在投影像面上得到一个黑暗的像.通过一个基于静态微光电系统光栅光调制器的投影光学系统得到了一幅明暗调制的像,证明了光栅光调制器用于投影显示的可行性.     

用于光束匀滑的连续相位板近场均匀性

 为降低高功率激光系统中连续相位板(CPP)后续元件的强激光损伤风险,综合考虑入射光强调制、干涉及衍射作用等多种影响因素,建立了CPP近场计算分析模型,模拟和分析了这些因素对CPP后的近场均匀性的影响。理论分析结果表明：CPP后的光束近场均匀性主要受入射光调制、CPP表面剩余反射率和衍射传输距离的影响;当入射光束质量较差时,CPP后的近场均匀性主要由入射光束质量决定,CPP剩余反射率和衍射传输距离对近场均匀性影响相对较小;但当光束质量比较理想时,干涉和衍射作用会破坏CPP的近场均匀性,衍射传输距离影响尤为突出。     

Grating light modulator for projection display

A novel grating light modulator for projection display is introduced. It consists of an upper moveable grating, a bottom mirror, and four supporting posts between them. The moveable grating and the bottom mirror compose a phase grating whose phase difference is controlled by the actuating voltage. When the phase difference is 2kπ, the grating light modulator will switch the incident light to zero-order diffraction; when the phase difference is （2k - 1）π, the grating light modulator will diffract light to first-order diffraction. A 16 × 16 modulator array is fabricated by the surface micromachining technology. The device works well when it is actuated by a voltage with 1-kHz frequency and 10-V amplitude. The fabricated grating light modulator can show blackness and brightness when controlled by the voltage. This modulator has potential applications in projection display system.     

Kinetic description of the field-gas interaction in intense optical lattices

In this paper the effects of coupling a non-resonant optical lattice to a gas are studied. When the lattice induces a periodic modulation of the gas density, strong Bragg diffraction of light can occur limiting the achievable intensities inside the lattice reducing the ability to manipulate the gas with the lattice. We calculate the evolution of the light fields by finding solutions to the wave equation with a periodic refractive index induced by the lattice. The local gas density perturbation induced by the lattice is determined by solving the Boltzmann kinetic equation in the collisional regime.     

用频谱分析法测量声光驻波调制器的调制度

从调制的基本概念出发，指出声光驻波调制器件为宽带频率调制型。讨论了调制度概念的成立条件和适用范围。理论上求出其成立条件为ｖ＜０．９（ｖ＝２πＬ△ｕ／λ为衍射光强Ｉ（θ，ｔ）中的自变量）。鉴于一般驻波型声光器件都是含有一定的行波成份，但行波声场和驻波声场在拉曼－奈斯衍射范围内衍射角均遵从ｓｉｎθｍｉ＝土ｍλ／，故两者在空间上是无法分开的。文中给出了从频域上测量调制度Ｍ的一种新方法。并给出了零级和一般衍射光的测量值。     

Absorption interferometer of two-sided cavity

We propose a scheme in which an arbitrary incidence can be made perfectly reflected/transmitted with a phase modulator. We analyze the variation of intracavity field as well as output field with closed-loop phase φ1 of the control fields and relative phase φ2 of the probe beams. With two phases, medium absorption and light interference can be controlled so that photon escape from the cavity can be manipulated, thus an intensity switching based on phase modulation can be realized. And the condition for perfect transmitter or reflector is obtained. Then based on the transmission/reflection analysis,the total absorption of this system can be investigated. Therefore our scheme can be used as an absorption interferometer to explore the optical absorption in some complicated system. The state delay of the output light intensity, which is dependent on φ1 or φ2, can be applied in the realization of quantum phase gate and subtle wave filter. And based on this scheme, we implement the state transfer between perfect transmitter/reflector and non-perfect coherent photon absorber via relative-phase modulation.     

晶体X射线劳厄衍射分束特性研究

本文基于X射线衍射动力学分析了劳厄晶体的分束特性,模拟了晶体吸收和入射光角发散对于透射光和衍射光摇摆曲线的影响,定量给出晶体衍射面内角调节范围和晶体加工厚度对于劳厄衍射分束比的调制.在实验中,采用分析晶体和分束晶体的消色散配置限制入射光角发散的影响,实现300μm厚Si(220)晶体面内角调节劳厄衍射分束的精确测量,并得到300μm, 400μm和500μm厚度Si晶体分束比的调节范围,实现了透射光和衍射光强度的定量调制.     

两束重合脉冲控制下的振转态布居转移

利用两束频率比为1:3的重合脉冲控制分子振转态布居转移. 计算结果表明, 初始态|0,0>到目标态|3,1>的跃迁概率接近100%. 两束脉冲的相位可以控制跃迁概率. 当φ ₁ =1.68 π 时, 两束脉冲相互增强, 跃迁概率增加. 当φ ₁ =0.64π 时, 两束脉冲相互抵消, 跃迁概率降低. 第二束脉冲的场强对布居转移过程具有较大影响.     

冷铷原子样品中高效静态光信号的生成与调制

为了提高光信息处理元件的性能,实现高效率光信号的静止与存储,本文建立了由双向耦合场耦合的冷铷（87Rb）原子的四能级双Λ型能级机制,并对此机制在生成静态光信号时要求的高效性、持续时间,控制耦合场所需的操作条件以及对信号场强度的相位调制等进行了研究。首先,选取四能级双Λ型87Rb冷原子精细能级,用一对反向传播的行波激光场对能级进行近共振耦合,并沿耦合场方向输入一个正向弱光信号进行探测。接着,通过适当的绝热开启、关闭耦合场,存储光信号和生成高保真度静态光信号。然后,通过选取87Rb原子的不同精细能级结构,得出实现静态光所需满足的必要条件。最后,采用相位调制法对光信号进行处理。结果表明：生成的静态光信号具有高效性,过程持续时间约为80μs;相位调制法可以周期调节静态光脉冲的强度。在此机制下生成的静态光信号满足高效性、易于全光调节和长时效性等要求。     

Protected nodal electron pocket from multiple-Q ordering in underdoped high temperature superconductors

A multiple wave vector (Q) reconstruction of the Fermi surface is shown to yield a profoundly different electronic structure to that characteristic of single wave vector reconstruction, despite their proximity in energy. We consider the specific case in which ordering is generated by Q(x)=[2πa,0] and Q(y)=[0,2πb] (in which a=b=1/4)-similar to those identified in neutron diffraction and scanning tunneling microscopy experiments-and more generally show that an isolated pocket adjacent to the nodal point k(nodal)=[±π/2,±π/2] is a protected feature of such a multiple-Q model, potentially corresponding to the nodal "Fermi arcs" observed in photoemission and the small size of the electronic heat capacity found in high magnetic fields-importantly, containing electron carriers which can yield negative Hall and Seebeck coefficients observed in high magnetic fields.     

基于导模共振效应提高石墨烯表面等离子体的局域特性

本文构建了一种包含石墨烯和亚波长光栅的复合结构, 借助衍射光栅的导模共振效应, 在石墨烯表面激发高局域性表面等离子体激元, 研究了石墨烯与光栅结构对表面等离子体激元局域特性的影响规律, 并借助基于有限元法的COMSOL软件, 分析了缓冲层厚度、光栅周期、载流子迁移率和费米能级对石墨烯的表面电场、品质因子Q和有效模式面积S_eff的影响. 结果表明, 石墨烯表面等离子体激元的局域性在特定的参数点获得显著提高: 当μ = 0.7 m²/(V·s)时, 品质因子达到最大值Q_max = 1793; 当p = 235 nm或E_F = 0.72 eV时, 表面电场达到了入射光的3000倍以上. 强烈的局域性导致强烈 的光-物质相互作用, 因而本文提出的复合结构可实现高灵敏度传感器和高效率的非线性光学设备, 极大地扩展了石墨烯在纳米光学领域中的应用.     

Diffraction efficiency of sequentially stored gratings in reflection volume holograms

On the basis of the theory of coupled waves the amplitudes of the first-order diffracted waves and the diffraction efficiency is calculated for sequentially superposed phase gratings stored in dielectric reflection holograms. The investigations are restricted to the case of a fixed reference wave during recording and Bragg-angle incidence.By analogy to the transmission volume grating the coupling effects which appear between incident beams and diffracted waves give the possibility of building up beam-couplers and -splitters with certain coupling parameters determined by the recording process. Moreover, reflection gratings allow a favourable combination between coupling and reflecting properties and avoid the diffraction efficiency oscillations that are characteristic of transmission gratings. The performance of the reconstruction process with several waves simultaneously allows the tuning of the intensities of diffracted waves with dependence on amplitude or phase differences between incident beams.