二维多色阵列辐射的产生及其弱光控制

在二阶非线性介质中观察到二维多色阵列辐射. 空间分布为椭圆状的飞秒光束在二阶非线性介质中空间分裂成二阶空间孤子，与另一飞秒光束交叉重叠发生非共线级联二阶非线性耦合后产生了二维多色阵列辐射. 同时，交叉耦合的光束在介质中形成了瞬态光栅，同步注入的超连续白光被此瞬态光栅衍射，获得相同相位的上转换二维多色阵列放大. 注入少量二次谐波，抑制了二阶空间孤子的产生，从而导致二维多色阵列辐射及其上转换放大被抑制. 关键词： 二维多色阵列 级联非共线二阶非线性 弱光控制     

利用激光感应瞬态光栅技术测量超短激光脉冲宽度

描述了利用激光感应瞬态光栅技术测量超短脉冲激光的脉冲宽度和相干时间的方法，来自同一光源的两束激光在非线性介质中相干形成积分光栅，测量光栅自衍射强度与两束光脉冲之间的延迟时间关系，利用相干光束的四阶相干函数关系，可以求出光源的脉冲宽度和相干时间。     

用体全息术对皮秒光脉冲进行二维测量

本文提供一种测量两束相干的ps光脉冲的空间二维时间振幅相关函数的新方法.在此方法中,光脉冲是被记录在一种光致折变的体积全息介质中,而所记录的信息可以通过直接量度在介质中所形成的光栅的空间分布而读出.这种方法可的可行性已为实验证实,它是通过3.5ps倍频锁模Nd:YAG激光测量光致折变晶体LiNbO₃来实现的。     

基于双光栅的马赫-曾德尔干涉仪的初步研制

设计和初步制备了基于双光栅的等臂和不等臂马赫-曾德尔干涉仪,两个衍射光栅分别用作光束分裂器和光束复合器.来自激光器的平行光束透过第一光栅后产生多柬衍射光,等臂干涉仪使用两个平面反射镜反射两束对称衍射光至第二光栅的同一位置并产生完全重合的衍射条纹,即每束衍射光包含两个成分.利用光探测器监测任一束重合的衍射光束,该光束两成分之间的相位差随时间的变化就能够被准确测定.而不等臂干涉仪仅使用一个反射镜反射某一束衍射光并使之与零级光束透过第二光栅后产生完全重合的衍射条纹.通过使用一个厚度为50μm的玻璃片来改变相位差,对不等臂干涉仪的干涉效果进行了测试,得到了与理论值相符的实验结果.     

正弦光栅标量衍射及等效介质理论有效性分析

利用严格傅里叶模式理论研究了不同基底折射率、入射角度、归一化周期、归一化沟槽深度对正弦型光栅微结构衍射效率的影响,并分析了该光栅的衍射特性.基于标量衍射理论和等效介质理论,分别计算了光栅周期远远大于和远远小于入射波长时,正弦型光栅的衍射效率,并与傅里叶模式理论的计算结果进行比较,分析标量衍射理论和等效介质理论的有效性.结果表明:在垂直入射条件下,当光栅基质材料折射率为1.5时,标量衍射理论在光栅归一化周期大于5时,能够准确计算光栅衍射效率,误差小于3%;当基底折射率增大到3.42时,只有在光栅归一化周期大于10时,标量衍射理论才有效,误差小于5%;当正弦型光栅透射光中只有0级衍射光传播时,等效介质理论能够准确计算其透射率;随着入射角度的增大,标量衍射理论和等效介质理论的有效性都不同程度地降低.     

应用衍射光栅测定折射率

<正> 衍射光栅在正常照明条件下,用单色平行光束在衍射光的自成像平面上形成与它周期相等的精确条纹。衍射光栅这一性质可用来测量均匀物体的折射率。对于这种研究方法可选择一个同振幅的正弦衍射光栅,在折射率n_0=1的介质中,它把入射光束分为三个级次(见图1)。     

采用正弦微窗光栅的位移传感器

研制了一种新型的光栅位移传感器,它采用了一种被作者称为正弦微窗光栅的新元件作为指示光栅,用于消除光栅信号中的高次谐波,所为正弦微穿光栅是一种由许多微小的正弦穿孔排列组成的光栅。介绍了采用光学图形发生器和刻蚀镀膜工艺制造这种光栅的方法。并将制成的正弦微穿光栅用于光栅位移传感器的设计。实验表明,新型传感器能够很好地抑制光栅信号中的高次谐波,可将高次谐波总旧降至基波的２％以下。     

同轴双无衍射光的理论与实验

提出同轴双无衍射光的概念。如果两束汇聚角略有不同的同轴无衍射光同时存在，则它们相互之间叠加干涉后产生一种纵向呈周期变化的光场结构，这是一种新的光束空间分布，这种光束在横向仍是一种同心环光斑，可用于精密对准。而在不同纵向位置，这些同心环的强度分布是不同的，且是周期性变化的。同轴双无衍射光的轴向周期性可用于沿光束传播方向的定位。文中提出了双环缝法、分段圆锥透镜法、正弦相位环光栅法等实现同轴双无衍射光的理论与实验方法，分析了同轴双无衍射光的横向与纵向传播的衍射光斑特性，理论计算与实验测量的结果基本相符合。     

基于瞬态光栅频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的研究

超宽光谱的飞秒脉冲测量一直是超快激光领域的重要研究方向之一.常规的飞秒脉冲自相关方法是通过测量自相关倍频信号来获得,而倍频信号具有波长选择性,不同中心波长的飞秒脉冲测量需要更换不同的倍频晶体,十分不方便.因此,提出了一种改进型的瞬态光栅频率分辨光学开关(TG-FROG)方法用于测量飞秒脉冲.该方法结合四波混频和频率分辨光学开关方法,其基本过程是将待测脉冲分为三束,其中两束脉冲经过精密的延时控制并聚焦在光学介质上达到时空重合,利用三阶非线性效应产生稳定的瞬态光栅作为开关光;另一束脉冲作为探测光与产生的瞬态光栅进行相互作用产生一个信号光,使用光谱仪对该信号光的光谱与延迟时间进行测量,并通过反演迭代算法处理而获取待测飞秒脉冲的光谱与电场信息.该方法只需要待测光的功率密度达到三阶非线性效应就可以实现测量,因此可以应用于任意中心波长的飞秒脉冲测量.利用该方法对中心波长分别为800 nm, 400 nm的飞秒脉冲,以及超连续亚10 fs的周期量级超宽光谱飞秒脉冲进行了测量,并与常规的干涉自相关仪器测量结果进行了比较,所得测量结果基本一致.实验结果表明,建立的基于TG-FROG方法对不同中心波长,不同脉冲宽度的飞秒脉冲测量是十分有效的.     

基于相干粒子数囚禁的电磁诱导光栅研究

基于相干布居囚禁,提出了一种新的电磁诱导光栅物理模型, 得到了该模型下介质极化率的解析表达式. 由于相干布居囚禁引入的原子相干性, 介质极化率会形成增益、无吸收高折射率点以及暗态三个区域. 根据该理论模型, 基于⁸⁷Rb的原子能级, 提出了一种新型衍射光栅实现方案, 并进行了分析与计算. 结果表明, 在无吸收高折射率点处, 这种光栅是一种纯相位光栅, 一级衍射强度可达到0.4; 在增益区域中, 发现这种光栅是相位光栅和幅度光栅组合而成的混合型光栅, 在其最大增益点, 一级衍射效率最大可达1.26, 二级衍射效率也可增加到0.31. 关键词： 相干粒子数囚禁 电磁诱导光栅 衍射效率     

基于InP的全光高速相机的理论和实验研究

为了评估基于瞬态光栅的全光高速相机系统中激发光强与图像信号之间的对应关系,验证基于磷化铟（InP）建立该相机的可行性。针对InP材料从理论上分析了从光子入射激发载流子,到载流子影响折射率,再到折射率影响衍射效率过程中各物理量值之间的关系;并建立了基于衍射光收集的图像探测系统获取InP内部的瞬态光栅分布图像。理论结果给出了针对InP材料的激发光强与载流子浓度的关系,探针激光为 1064 nm时载流子浓度与折射率之间的关系,以及瞬态光栅为矩形光栅时折射率与衍射效率之间的关系,特别指出在基于InP和1064 nm探针激光的高速相机系统中,若时间分辨为1 ps量级,对于532 nm激发光,系统的灵敏度为1.3105 Wcm-2量级。实验结果证明了基于InP和1064 nm探针光可以建立全光高速相机系统,并根据所获得图像得出系统的空间分辨好于5.04 lp/mm。     

利用双色激光感生光栅光谱法测定^127I的核自旋

本文利用ＮｄＹＡＧ激光倍频光５３２ｎｍ激光分成强度大致相等的两束激光作为泵浦光以２．７３°交叉于碘分子样品室中，两束泵浦光发生干涉在碘分子中选择激发形成了空间正弦分布的激光态分子光栅和基态耗尽型光栅。另一束窄线宽染料激光作为探索光射入到激光感生光栅上，沿着布拉格衍射的方向接收信号光。利用泵浦共振为３２－０Ｒ（５５），探索共振为１３－０Ｐ（５５），Ｒ（５５）和泵浦共振为３２－０Ｐ（５２），探索共振为１３－０Ｐ（５２），Ｒ（５２）的碘分子双色激光感生光栅光谱谱线强度测定了１２７Ｉ的核自旋，测定值为５／２。     

布里渊动态光栅原理及其在光纤传感中的应用

自从2007年布里渊动态光栅被首次提出用于实现光存储以来,该技术得到了国际上的广泛关注和研究.布里渊动态光栅本质上是由相干声波场激发的折射率光栅,一般情况下两束抽运光(频率差等于光纤的布里渊频移)以相同的偏振态从光纤两端注入到光纤中,通过受激布里渊散射效应激发出相干声波场,即形成布里渊动态光栅.光纤布里渊动态光栅因具有全光产生、参数灵活可控的优点,已被广泛研究应用于光纤传感、光纤特性表征、光存储、全光信号处理、微波光子学和高精度光谱分析等.本文分析布里渊动态光栅产生和探测原理,重点探讨在高性能分布式光纤传感上的应用,这些应用包括高灵敏度温度和应变分布式传感、温度和应变同时解调、分布式横向压力传感、分布式静压力(气压或液压)传感、高空间分辨率分布式传感和高精度光谱分析.     

反射式单级衍射光栅

介绍了单级衍射光栅的发展趋势, 从理论上论证了单级衍射光栅的可行性, 引入了一种新型衍射光学元件—-准正弦反射式单级衍射光栅(QSRG). 它能有效抑制高级衍射, 可用于提高光谱系统的信噪比和精度. 而通过QSRG的实验结果也验证了此新型色散元件确实具有良好的单级衍射特性, 二级及以上的高级衍射被有效地抑制, 与理论预测几乎一致. 本文的结果可望在反射式光谱测量系统中得到广泛应用.     

有机聚合物薄膜激光诱导相位孔衍射的实验和理论

实验发现当一束较强的抽运激光(526nm)与一束较弱的探测激光(6328nm)相交通过非线性 介质薄膜(聚吡咯甲烯/聚乙烯醇薄膜)时,在探测光束的远场产生了中心为亮斑,近场中心 为暗斑的多个同心衍射环.从菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式出发,理论分析了产生这种现象 的原因是抽运光在非线性介质中诱导的相位孔对探测光的衍射效应.通过数值积分,计算结 果与实验结果符合. 关键词： 聚合物非线性光学薄膜 抽运-探测 激光诱导衍射     

产生拉盖尔-高斯模的全息光栅实验研究

拉盖尔-高斯（Laguerre-Gaussian,LG）模是光子的轨道角动量本征态,它在未来的光镊、量子信息和计算等领域有潜在的应用价值。分别用两种记录介质-全息干板和喷墨透明胶片-制作了全息光栅。通过这种全息光栅在实验上产生了拓扑数从一阶到高阶的拉盖尔-高斯模,同时观察到高阶模的空间不稳定特性。并且详细讨论了光栅制作过程中的各种控制参量如曝光时间及强度对光栅衍射效率的影响。     

光纤激光共孔径光谱合成实现5kW高效优质输出

采用多层介质膜衍射光栅实现多路高功率光纤激光共孔径光谱合成有望成为光纤激光同时实现高功率、高效率和高光束质量的最具发展潜力的技术途径。搭建了一套基于双光栅色散补偿设计的5kW共孔径光谱合成系统。采用国产多层介质膜衍射光栅实现了5路kW级窄谱子束激光的高效优质共孔径光谱合成,最大输出功率达5.07kW,光束质量因子(M2)小于3,合成效率达到91.2%。初步研究表明:多层介质膜衍射光栅在较高功率水平、较宽光谱范围内均能保持较高衍射效率,是实现高功率光纤激光高效率光谱合成的重要器件;参与合成的子束自身的光束质量水平和线宽是影响合成输出光束质量的重要因素,光谱合成系统的输出功率主要受限于窄谱子束的输出功率和合成路数,增加窄谱子束的功率或合成路数均可进一步提升系统的输出功率。     

二维光栅角度信号响应函数研究

本文在平行相干光照明条件下,推导出了二维光栅剪切成像系统的角度信号响应函数,并描绘出了角度响应函数二维曲面.虽然光栅剪切成像系统常用的分束光栅有四种,分析光栅有三种,分析光栅和分束光栅之间还存在多种不同组合,但是产生的角度信号响应函数曲面却只有三种,即峰型位移曲面、谷型位移曲面和峰谷对称型位移曲面.其中峰型位移曲面和谷型位移曲面之间具有数值互补关系,由此还可以把峰型位移曲面和谷型位移曲面归纳为一种,最终只需要考虑两种位移曲面.这个理论结果无疑显著简化了人们对二维光栅剪切成像的认识,将对今后讨论定量提取二维角度信号的工作奠定基础.     

非对称偏振分束光栅的矢量衍射优化设计

基于严格耦合波理论分析了一种非对称偏振分束光栅的设计。这种偏振分束光栅分别在1级和0级衍射级次上衍射TE和TM偏振波。介绍了利用遗传算法设计偏振分束光栅的方法,并给出了优化实例。仿真结果表明:在设计波长为1.55时,TE偏振波在1级的衍射效率大于93%,TM偏振波在0级的衍射效率大于99%,此时1级和0级的透射消光比分别达到了9914.1和46841.5。通过对设计结果的分析发现,该偏振分束光栅在设计波长附近100nm的波长范围内都具有较高的消光比(大于100),达到了较好的偏振分束效果。     

拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响

用拼接小尺寸多层介质膜衍射介质膜衍射光栅的办法制作大口径的高破坏阈值光栅成为解决拍瓦激光系统输出能量的关键技术———光栅拼接技术。拼接的每个光栅都存在五维自由度的偏差,对激光脉冲的空间特性和时间特性产生影响。用夫琅禾费衍射的方法分析了拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响,建立了偏差和远场强度分布之间的函数关系并用数值方法进行模拟,得出角度偏差对光束远场分布的影响可以忽略,而位移偏差:光栅间拼缝和前后位移偏差是影响光束远场分布的关键因素。