一维颗粒声子晶体的拓扑相变及可调界面态

基于Su-Schrieffer-Heeger模型,构造了一种一维非线性声子晶体,通过调控外加在声子晶体上的预紧力,可调控声子晶体的拓扑态,从而实现拓扑相变.利用这一效应,把该非线性声子晶体与另一线性声子晶体形成异质结构,可以实现一种新型声学开关:通过调节预紧力即调控非线性声子晶体的拓扑相,可以实现异质结构中界面态从无到有的转变,从而实现了开关效应.利用该效应可望开发新型声学器件,如可调谐振器、可调滤波器、可调隔振器等.     

飞秒激光激发下本征GaP非线性吸收及Kerr效应的实验研究

采用掺镱光子晶体光纤飞秒激光放大器为抽运源,搭建了偏振分辨的Z-scan实验系统.实验研究了块状本征磷化镓(GaP)晶体的非线性吸收和非线性折射率系数.研究证明,在中心波长1 μm飞秒激光的作用下,本征GaP晶体的非线性吸收主要为三光子吸收.而且还表明本征GaP的非线性吸收和非线性折射率系数具有很强的各项异性、偏振相关性及饱和特性. 关键词： 磷化镓 Z-scan Kerr效应 三光子吸收     

基于第一性原理的新型非线性光学晶体探索

非线性光学晶体能对常见波段的激光进行频率转换,从而获得宽波段、可调谐的激光光源.此类光电功能材料在军事和民用领域具有重要的战略价值和应用价值.经过30多年的发展,应用于可见光及邻近波段的非线性光学晶体技术已经基本成熟,但深紫外和中远红外波段的非线性光学晶体技术的发展仍存在诸多不足,还需要在这些波段进行新型优质的非线性光学晶体探索.近年来,为了改变传统低效的"炒菜式"实验探索,加快新材料研发速度,基于密度泛函理论的第一性原理计算方法在新型非线性光学晶体探索中得到了广泛的应用.本文总结了近几年深紫外和中红外波段非线性光学晶体的新进展,通过介绍几种新型非线性光学晶体材料的研发过程,突出了第一性原理计算在新材料探索过程中起到的关键作用;探讨了非线性光学晶体研发的研究难点与趋势,以及第一性原理方法在未来新材料探索中的重点攻关方向.     

一种新型光折变晶体掺铈钛酸钡问世

由中国科学院物理研究所科研人员承担的一项“863”任务,经过近年来的实验研究,终于在国际上首次研制成具有高光学品质和优良光折变性能的掺铈钛酸钡晶体.最近该项研究工作已获得了中国专利局授予的专利权,并正在办理申请美国专利. 光折变是激光与物质相互作用后产生的一种非线性光学现象.它在激光技术、信息和图像的处理与存储、光通信、光计算等领域有着重大的应用前景.而光折变晶体是指光照射下能吸收光子而发生电荷转移,从而形成空间电荷场,再通过本身电光效应使折射率改变的晶体.这类非线性光学晶体之所以受到重视、是因为通过光引起的…     

具有中心对称结构的3m点群晶体中紫外三次谐波的产生

研究了中心对称晶体中的三阶非线性频率转换,并在这类晶体中实现了紫外激光的有效输出.确定了负单轴晶体的相位匹配角公式及相应的相位匹配角.选择带有离域共轭π键的冰洲石晶体和α-BBO晶体进行实验.以飞秒激光作为基频光,在Ⅱ类相位匹配方式下,利用α-BBO晶体获得了最高单脉冲能量为37.6μJ的266nm紫外三次谐波,最高转换效率为2.5%;利用冰洲石晶体获得了最高单脉冲能量为19.3μJ的266nm紫外三次谐波,最高转换效率为1.25%.该研究验证了利用中心对称晶体的三阶非线性效应直接获得紫外激光的可行性和获得深紫外激光的可能性,为紫外非线性晶体的探索和深紫外激光的研究提供参考.     

非线性增光子热态的非经典特性

本文从描述驻波激光场与囚禁离子相互作用的非线性Jaynes-Cummings模型出发,引入一种新的量子态,即非线性增光子热态.采用理论分析和数值计算相结合的方法,研究了Lamb-Dicke参数,温度和激光场的初相位等参数对这种量子态的非经典效应的影响.结果表明:非线性增光子热态的Mandel Q因子随温度的变化存在一个极小值.Lamb-Dicke参数越大,非线性增光子热态的非经典效应就越强.此外驻波场的初相位也对该态的非经典效应有明显的影响.     

电光晶体调谐的外腔反馈半导体激光器

报道一种用电光晶体实现快速调谐和凋制激光频率的方法.在Littrow型外腔反馈半导体激光中插入LiNbO3晶体,利用LiNbO3晶体的电光效应,通过改变晶体电压来调节激光器的有效腔长,可以对激光频率进行快速的调谐和调制.采用该方法,自制外腔反馈半导体激光器的调谐频率可达到2 kHz,它的调谐范围为350 MHz,激光频率调谐系数约为1.06 MHz/V,用饱和吸收光谱观测频率调谐的效果.快速激光频率调制可以应用在稳频技术上,将外腔反馈半导体激光器调制在5～100 kHz频率下,均获得了87Rb原子D2线的饱和吸收光谱的色散信号,并实现了激光频率在饱和吸收峰上的长期稳定.     

新型光学晶体KABO的非线性频率变换特性

简述了新型非线性晶体KABO的光学特性.根据相位匹配角公式、非线性有效系数公式、走离角公式和允许角公式,详细计算了KABO晶体倍频时的相位匹配角、非线性有效系数、倍频时谐波走离角、允许角随波长变化的理论曲线.特别是对LD泵浦掺钕的全固态激光器532 nm输出时,得到了KABO晶体采用I类相位匹配进行四倍频的相位匹配角、非线性有效系数、倍频时谐波走离角、允许角分别为:58.1°、0.254×10^-12m/V、2.8°、1.8233 mrad·mm;并将该晶体与目前可应用于紫外倍频的晶体比较,在考虑走离效应的情况下,研究了四倍频转换效率随KABO晶体长度、基频光光斑半径的变化规律.     

三阶非线性效应对三次谐波振荡转换的影响

使用快速傅里叶变换和四阶龙格-库塔法,对KDP晶体内以Ⅰ／Ⅱ类角度失谐设置方式的高强度激光三次谐波振荡转换进行了研究,考虑了谐波转换过程中的三阶非线性x^[3]、衍射、离散等效应,并着重研究了KDP晶体的三阶非线性效应对高强度激光三次谐波转换的影响。研究表明,三阶非线性效应降低了三次谐波振荡转换效率,增大了相位扰动对3ω光束的强度调制,然而通过增加二倍频的失谐角△θ8,可以避免三阶非线性效应对三次谐波振荡转换带来的不利影响。     

Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺激光晶体的本征光学双稳特性分析与参数优化

理论研究了650nm激光雪崩抽运Tm3+/Yb3+共掺激光晶体的本征光学双稳态.基于系统的非线性耦合速率方程理论,数值分析了Tm3+/Yb3+离子能级布居数的本征光学双稳性、系统参数对光学双稳态的影响和双稳迟滞回线的动态变化.数值结果给出了光子雪崩机制下Tm3+/Yb3+共掺激光晶体的可见与红外光谱发光的本征光学双稳态;指出了通过优化Tm3+/Yb3+离子浓度比,选取低声子能晶体基质和采用晶体冷却技术,以及调谐抽运光与Tm3+离子激发态跃迁能隙满足共振频率匹配,可以有效地增强本征光学双稳效应;通过微调谐抽运光波长和控制抽运光强变化速率,可以实现动态调控的本征光学双稳态.     

二次谐波产生的非线性相移的解析研究

给出一种分析二阶非线性级联效应的解析方法，对Ⅱ型二次谐波产生的非线性级联效应进行了详细的理论研究和分析。结果表明倍频晶体中正交输入两个振幅不相等的基波分量时，在近相位匹配下二阶非线性级联效应能够产生大的相移。利用本文的解析方法可以对任意二阶非线性相移产生的过程进行优化，从而以最小的需求输入功率来获得特定的相移。还对由非线性相移诱导的且与光强有关的偏振旋转效应和一种基于偏振旋转效应的全光偏振开关进行了分析和讨论。本文的结果对于建立一种基于Ⅱ型倍频晶体中非线性相移诱导偏振旋转效应的新全固化被动锁模飞秒激光装置具有十分重要的意义。     

相位物体Z-扫描研究金属簇合物[Tp*W(μ3-S)3Cu3Py3(μ3-Br)](PF6)/DMF溶液的瞬态热致非线性折射

在纳秒时域,采用相位物体(PO)Z-扫描技术研究了一种新型金属簇合物溶液的瞬态热致非线性效应.该方法的最大优点是很容易区分瞬态热致非线性折射和三阶非线性折射.本文利用PO Z-扫描和传统Z-扫描研究了在8 ns脉宽、不同能量激光脉冲作用下[Tp*W(μ3-S)3Cu3Py3(μ3-Br)](PF6)/DMF溶液的光学非线性.从声波方程和热传导方程出发,对实验结果进行了理论分析和数值模拟,理论值和实验结果很好的吻合.研究结果表明,样品溶液的非线性折射主要来源于瞬态热致非线性效应.     

OPA泵浦保偏光子晶体光纤产生超连续谱和非线性特性的研究

采用波长可调光参量放大器作为泵浦源,对保偏光子晶体光纤的超连续谱的产生和非线性特性进行了实验研究.将光参量放大器产生的中心波长为1.27 μm,脉宽约为250 fs,重复频率为250 kHz和单脉冲能量只有92 nJ的光脉冲耦合进0.2 m长的保偏光子晶体光纤,实验中观察到了光谱展宽和非线性效应,在1.3 μm 波长区域获得了谱宽为83 nm (1.2486 ～1.3318 μm)的超连续谱.     

非线性激活复合功能晶体NYAB激光器理论及实验研究

本文对非线性激活复合功能晶体激光器提出了一种新的理论模型.该模型采用慢变波近似,建立了耦合波-速率方程;并利用计算机对复合功能晶体NYAB激光器进行模拟,得到理论结果;并讨论了阀值及峰值功率.实际上采用波长为589nm巨脉冲激光泵浦,对(Nd_xY_(1-x)Al_3(BO_3)_4)NYAB激光器激光复合效应进行了研究,获得自倍频绿光输出峰值功率达37.5kW.理论与实验结果符合得较为满意.最后对理论模型与实验的偏差,探讨了一些改进器件设计的途径.     

声子晶体和声学超构材料

声子晶体和声学超构材料进一步拓展了自然界中声学材料的弹性波性质．这种人工的复合结构材料,由于其周期结构的布拉格散射和局域共振特性,使得其具有奇异的色散特征,在某些频段具有负的有效弹性参数,带来了许多新颖的声学传播效应,例如声子带隙效应、负折射效应、超棱镜效应、超透镜效应、异常透射效应、异常隔声效应等．与此同时,在声子晶体和声学超构材料表面,一类具有亚波长特性的声表面倏逝波也引起了人们的关注,研究其激发、传播、耦合的过程对揭示声子晶体和声学超构材料的奇异声传播效应的物理本质具有重要意义．声子晶体和声学超构材料作为一类新型的人工声学结构材料,在隔声、防振、热控制以及新型声学器件研发等方面具有巨大的应用前景．文章综述了近十几年来国际国内关于声子晶体和声学超构材料的研究进展,并对其未来的研究发展方向做一评述．     

基于激发态非线性折射效应的全光开关与光限幅

提出一种新型的光控光开关,以532nm脉冲激光入射金属-类卟啉有机材料,强激发态吸收导致瞬态透镜效应,使同时通过介质的632.8nm激光实现光开关,实验演示了开关特性,开启和关闭时间均为100ns.还演示了激发态吸收和非线性折射两种效应共同作用的单光束光限幅.对上述两种基于非线性折射效应的器件特性进行了理论分析.     

二维三角格光子晶体等效非线性折射率系数研究

考虑光子晶体中场局域效应,在等效介质理论的基础上利用场平均法得到二维三角格光子晶体的等效折射率.该折射率与平面波展开法得到的结果非常吻合.考虑慢光效应对非线性效应的增强,引入慢光增强因子得到该光子晶体的等效非线性折射率系数.该光子晶体的等效非线性折射率系数表现出强烈的色散效应,即随归一化频率的增加而逐渐减小,达到最小值后迅速递增,体现了场局域效应和慢光效应对光子晶体中非线性效应的共同作用.本文研究对利用人工微结构调控光学非线性效应具有一定参考价值.     

利用倍频技术产生265紫外激光

紫外激光在光化学、生物化学、高能光子研究、农业等方面有广泛的应用.由于自发辐射几率与频率的三次方成正比,因此直接通过受激发射获得紫外激光是比较困难的,于是人们常常利用非线性光学晶体的倍频效应来产生紫外激光. 1975年4月到7月,山东大学光学系工农兵学员吕绍兴、徐大顺到中国科学院物理研究所激光研究室非线性光学研究小组进行毕业实习,参加了该组的工作,在此期间做了将钕玻璃激光器输出的1.06μ红外激光经过两次倍频以后产生2650A紫外激光的工作,本文对此工作作一个简单的介绍. 一、实验装置 根据当时的条件,我们对实验作了如下…     

利用Kagome光纤实现多芯光子晶体光纤的输出合束

多芯光纤的输出光束只能在远场和焦点附近实现良好的同相位超模合束,这种超模传输特性大大影响了多芯光纤的应用范围.一种新型中空Kagome光纤为解决这一难题提供了可行的方案,利用中空Kagome光纤可以实现七芯光纤输出模式的整形合束.本文利用中心波长800 nm的钛宝石飞秒激光作为激光源,耦合入七芯非线性光子晶体光纤,得到700 nm至1050 nm的展宽光谱,并实现同相位超模输出.随后,将非线性展宽之后的宽谱七芯光束耦合至Kagome光子晶体光纤中,从Kagome光纤输出光斑呈高斯分布的模式传输,不再演变回七芯模式,耦合效率71%.实验还进一步验证此方法适用于不同结构的多芯光纤,为多芯光纤在高功率激光等领域的应用提供了参考.     

用ZCTC晶体倍频半导体激光的紫光输出

报道了新型金属络合物非线性光学材料ZCTC（硫氰硫锌镉）晶体的光学性质。测量了ZCTC晶体的折射率,计算了其相位匹配角度。进行了半导体激光（LD）室温下直接倍频实验。当808nm基频GaAlAs半导体激光功率为473mW时,获得了390μW、4040μnm紫光输出。实验表明ZCTC晶体是一种优良的半导体激光倍频紫外非线性光学材料。