Ge-Ga-Cd硫化物玻璃的超快三阶非线性光学性质与结构关系研究

本文采用飞秒时间分辨光学克尔门技术测量了GeS2-Ga2S3-CdS硫化物玻璃体系的超快三阶非线性光学响应，所用激光波长分别为820nm和640nm。?实验结果证明了GeS2-Ga2S3-CdS组分玻璃具有很大的飞秒超快三阶非线性光学响应，另外，其Kerr信号随摩尔组分的不同呈显著变化。通过拉曼光谱结构分析，探讨了此系列硫化物玻璃的三阶非线性光学性质与结构的关系，结果表明构成玻璃网络的四面体结构单元[GeS4]([GaS4])对其超快三阶光学非线性起重要作用。实验还表明了此硫化物玻璃体系的超快三阶非线性不符合半经验的Miller定律。     

非线性光学激光合束技术研究进展

回顾了非线性光学激光合束技术的发展历程,阐述了基于光学相位共轭和基于非线性放大过程的合束思想和基本原理,梳理了重叠耦合、种子注入和布里渊四波混频增强相位锁定激光合束方式的标志性成果,总结了等离子体交叉光束能量转移、金刚石拉曼放大和液体布里渊放大激光合束技术的优势和瓶颈。面向高峰值功率、高平均功率、高重复频率激光输出的实现需求,基于布里渊放大激光合束技术具备系统结构简单、功率负载高且散热效率高的优点,提出了实现单脉冲能量100 J、脉冲宽度10 ns、重复频率10 Hz合束激光输出的可行性方案。     

光学击穿对宽带受激布里渊散射及受激拉曼散射特性的影响

实验上分析了在多模激光抽运的条件下,水中宽带受激布里渊散射(WSBS)及前向受激拉曼散射(FSRS)产生的物理机制及二者之间能量变化的关系。实验结果表明,在多模激光抽运过程中,WSBS能量与FSRS能量处于不断变化的状态。聚焦长度较短或抽运光能量相对较低时,WSBS在散射过程中占据主导地位;随着聚焦长度和抽运光能量的增加以及光学击穿的产生,FSRS在散射过程中逐渐占据优势。     

大型光学元件中的横向受激布里渊散射

研究大型光学元件中横向受激布里渊散射的特点和破坏机制,以及横向受激布里渊散射的抑制方案。在理论分析的基础上,进行数值模拟。当入射光强足够高,材料的横向尺寸足够大时,在受激散射过程中产生的弹性声波场有可能超出材料的抗拉强度,从而引起力学破坏;增加泵浦光带宽可以显著降低散射光的增益。强激光辐照下的大尺寸光学元件中很容易激发横向受激布里渊散射;对于大多数强激光系统,20GHz的带宽已经足以抑制TSBS带来的影响。     

Sb量子点掺杂钠硼硅玻璃的三阶光学非线性

采用溶胶-凝胶法以正硅酸乙酯、硼酸、金属钠为前驱体合成了含Sb量子点的钠硼硅玻璃。紫外-可见(UV-vis)吸收光谱分析表明量子点玻璃的表面等离子体共振吸收峰在566nm附近;利用飞秒激光钛宝石Z-扫描(Z-scan)技术在800nm波长处对玻璃样品的非线性光学性质进行研究,得到了该玻璃的非线性折射率γ,非线性吸收系数β和三阶非线性极化率χ(3)分别为8.59×10-17 m2/W、1.80×10-10 m/W、4.75×10-11 esu;X-射线粉末衍射(XRD)分析表明具有斜方六面体晶相结构的Sb量子点成功的掺入到玻璃基体中;通过透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对量子点的尺寸大小和颗粒分布进行了表征,结果显示Sb量子点在玻璃中呈规则的球形,并且颗粒尺寸在19~25nm之间。     

浅谈非线性光学

 早期激光实验中有一些过程用当时的理论难以解释。例如,受激喇曼散射(SRS),由于这个效应改变原来光的频率而阻止激光的传输,还有一些现象影响了激光的产生.当初,人们为了找到避开这类问题的方法,感到必须弄清它们的机理,于是在现代光学中逐渐开辟出一个新的领域,即非线性光学,它研究在强光作用下物质的响应与场强呈现的非线性关系.非线性光学过程已给人们提供了各种器件,它们可用于半导体激光器、光计算机、波导、图象处理、图象识别、集成光学等.许多非线性光学元件已用于光信号的开关和控制.非线性光学中的相共轭可使光在通过一定物质后产生的任意的光畸变得以修复.     

带空气狭缝倒置结构的脊型硫系光波导后向受激布里渊散射研究

受激布里渊散射效应具有光谱线宽窄、频率稳定和增益方向敏感等优点,常用于激光器,慢光产生和微波光子滤波器等.本文基于As₂S₃硫系玻璃、以SiO₂为衬底设计了一种亚微米尺寸的带空气狭缝倒置结构脊型波导结构,具有高达8.22×10⁴ W^–1·m^–1的后向受激布里渊散射增益系数.研究显示在该结构的同种光学和声学模式下,更小的声光场有效模场面积具有更高的后向受激布里渊散射增益系数.还分析了硫系玻璃的光学损耗对后向受激布里渊散射的影响,发现当波导长度超过最优值后,斯托克斯光波功率开始下降,而增大泵浦光功率不仅可以提高斯托克斯光波功率的极大值,同时还会增大波导长度的最优值.当所输入的泵浦光功率为20 mW时,受激布里渊散射增益达到100 d B波导长度仅需要2 cm,这非常有利于光子器件的片上集成.     

GeS_2-Ga_2S_3-Sb_2S_3-AgCl玻璃的三阶非线性光学特性

采用熔融-急冷法制备了(100-x)Ge20Ga5Sb10S65-xAgCl(x=0,5,10,15,20mol%)系列硫卤玻璃,测试了样品的密度、从可见到中远红外的透过性能以及折射率参量,根据Z-扫描测试原理用钛宝石飞秒激光器测试了样品的三阶非线性特性随波长变化的特性.结果表明:非线性折射率n2和非线性吸收系数β随着波长的增加而增加,AgCl含量为20mol%的样品在800nm处的非线性折射率n2=1.581×10-10esu,非线性吸收系数β=4.707cm/GW.与传统硫系玻璃相比,三阶非线性性能明显提高.     

Optical Waveguide Switches Employing Total-Internal-Reflection (TIR) Effect (Invited Paper)

In this paper, our recent research work on the total-internal-reflection optical switch is presented. The thermo-optic effect of polymeric materials and the photon-induced carrier effect of GaAlAs/GaAs are used in our devices.     

跑道形玻璃波导谐振腔滤波器的研制

采用Ag+-Na+离子工艺,在K9玻璃上制备了跑道形波导谐振腔滤波器.测试得到该滤波器自由光谱范围为FSR=0.177 nm,对比对为Cr＝7.5 dB.同时分析得到耦合器的耦合系数为κ=0.916,耦合器和环形腔的损耗因子分别为δ=0.55,γ=0.48.耦合器的两波导几乎相连、条波导边缘不规则和一次离子交换波导表面缺陷是造成该波导滤波器具有较大损耗的主要原因.通过改进工艺技术降低波导损耗,该滤波器可以用于光通信、传感等领域,也可与其它波导结构相结合实现新的功能.     

Development and Infrared Applications of Chalcogenide Glass Optical Fibers

Chalcogenide glass fibers based on sulphide, selenide, telluride, and their rare earth doped compositions are being actively pursued both at the Naval Research Laboratory in Washington, D.C. (NRL) and worldwide. Great strides have been made in reducing optical losses using improved chem ical purification techniques, but further improvements are needed in both purification and fiberization technology to attain the theoretical optical losses. Despite this, current singlemode and multimode chalcogenide glass fibers are enabling numerous applications. Some of these applications include laser power delivery, chemical sensing, imaging, scanning near field microscopy spectroscopy, fiber infrared (IR) sources lasers, amplifiers, and optical switches. The authors assert that the research and development of chalcogenide glasses will grow in the foreseeable future, especially with respect to improvements the optical quality of the fibers and the performance of the fibers in existing future applications.     

一种离子交换制备的玻璃光波导谐振腔滤波器

采用AgNO3、KNO3混和熔盐作为离子交换源,在K9玻璃上制备了跑道形谐振腔滤波器。测试得到该滤波器的自由光谱范围为0.178 nm,两个输出端口的衬比度分别为1.47 dB和6.5 dB,分析得到耦合器的分束比和谐振腔的传输损耗分别为к=0.16和α=8.1 dB/cm。利用热光效应在16℃的温度变化范围内,滤波器实现了2π的相位调制,同时分析得到波导材料的热光系数约为1.28×10-5/℃。     

Large and Ultrafast Third-Order Nonlinear Optical Properties of Ge-S Based Chalcogenide Glasses

We report ultrafast third-order nonlinear optical （NLO） properties of several chalcogenide glasses GeSx （x = 1.8, 2.0, 2.5） measured by femtosecond time-resolved optical Kerr gate technique at 82Ohm. The third-order nonlinear susceptibility of GeS1.8 glass is determined to be as large as 1.41 ×10^-12 esu, which is the maximum value of the third order nonlinear susceptibility Х^（3） for the three compositions investigated. The symmetric Gauss profiles of optical Kerr signals reveal the nature of ultrafast nonlinear response of these samples, which are originated from the ultrafast polarization of the electron clouds. By detailed microstructural analysis of these glasses based on the chain-crossing model （CCM） and the random-covalent-network model （RCNM）, it can be concluded that Х^（3） value of GeSx glasses can be enhanced greatly by S-S covalent bonds or S3 Ge-GeS3 ethane-l＆e units.     

用转移矩阵法研究LNN型非线性平面光波导

用转移矩阵法数值分析了芯区和衬底为非线性介质、覆盖层为线性介质结构平面光波导的传播特性,包括TM的模场分布和功率与有效折射率之间关系的分析.解析地表达了模式本征方程和功率分布,对非线性介质中电场强度与介质非线性系数的关系进行了研究.计算结果表明,TM的模场分布和功率与有效折射率及介质的非线性系数有关.     

All Optical Light Deflection and Displacement Using Nonlinear Slab Waveguide

The possibility of all optical control of light deflection and displacement through a planar nonlinear waveguide has been discussed in this article. In this scheme a strong command beam controls the propagation characteristics of a weak signal beam in a nonlinear waveguide. Employing variational approach, we have established a set of coupled nonlinear equations for the displacement of the center of gravity, beam size, deflection angle, and beam divergence of the signal beam. These equations have been solved numerically to confirm the possibility of all optical control of deflection and displacement of a signal beam by a command beam.     

飞秒激光制作铌酸锂光波导的研究

针对Z切割铌酸锂晶体在中心波长为800 nm、重复频率为76 MHz的飞秒脉冲激光下,利用放大倍数为40、数值孔径为0.65的会聚透镜聚焦,研究了扫描速度和扫描次数的变化对刻写光波导结构的影响,分析了波导结构变化的原因,并测试了1×2光波导功分器的通光性能.实验结果表明:在采用横向扫描、聚焦深度为350~400 μm、扫描速度为100 μm/s和激光功率为250 mW时,获得较理想的铌酸锂光波导,1×2光波导功分器的输出功率分布基本达到均分.     

无源Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)硫系玻璃微球谐振腔的制备及其光学回廊模式表征

为了对硫系玻璃微球谐振腔在中短红外波段的光学回廊模式进行理论研究和实验表征,用熔融淬冷法制备了组分为Ge28Sb12Se60的无砷环保型硫系玻璃,并在此基础上采用漂浮粉末熔融法批量制备出直径分布为50~200μm的微球谐振腔.在显微镜下挑选出直径分别为112.01μm和57.63μm的一大一小两颗微球与自制石英微纳光纤锥进行近场耦合实验,以窄带宽可调谐激光器为泵浦源测试此耦合系统在1 530~1 560nm波段的光谱.光谱中明显观测到由微球回廊模式谐振引起的等间距分布的光谱吸收峰.小球、大球的吸收峰间距分别为5.22nm和2.60nm,与米氏散射理论计算得出的一阶TE回廊模谐振峰间距基本相符.实验结果表明新型Ge28Sb12Se60硫系玻璃有望在红外微球光子器件如窄带滤波器、微球喇曼激光器、高灵敏度传感器等领域获得重要应用.