无周期光学超晶格中误差函数研究

利用非线性共轭梯度算法设计了无周期光学超晶格结构,研究了文献[12]提出的误差函数在该结构中的适用性.研究结果表明:误差函数能够很好地适用于无周期光学超晶格结构,且该结构比文献[12]中所用的非周期光学超晶格更具有一般性;当u′2(xn)和n保持很好的线性关系时,无周期光学超晶格结构中计算所得的误差函数曲线与文献[12]中的误差函数曲线几乎是重合的,说明了在无周期光学超晶格中达到了很好的准相位匹配.通过在样品中引入随机误差进一步研究了相位失配情况下误差函数在无周期光学超晶格结构中的适用性,结果表明:相位失配时无周期光学超晶格结构中计算所得的误差函数曲线与标准曲线是有偏离的,且相位失配程度越大,偏离也越大;对于一些误差函数曲线与标准曲线偏离不大的情况,误差函数仍可近似地用来估计无泵浦损耗近似的适用范围.     

基于准周期光学超晶格的高效电光调制差频转换

为获得尽可能大的差频转换效率,基于准周期极化铌酸锂(QPPLN)光学超晶格,提出了级联电光和差频理论,用于高效的差频转换。其方法是沿QPPLN光学超晶格的y方向施加一个外加电场,用来控制能量在抽运光、信号光、o偏振的差频光和e偏振的差频光四个光波之间的转移。计算结果表明,在一个100℃,40mm长的QPPLN光学超晶格中,当1550nm信号光与1064nm抽运光光强比值r<0.324时,对光强超过特定值的任意抽运光都可以通过施加一个适当的外加电场将抽运光完全转化为1550nm信号光和3393.4nm差频光;当r≥0.324,只当抽运光光强落在一定范围内时,才可以通过施加外加电场使抽运光完全转化为信号光和差频光;超过该范围,外加电场不能增加差频光转换效率。计算结果还表明,电光调制差频转换效率对温度和畴构造误差都不敏感。     

光强对短脉冲在准周期光学超晶格中传输的影响

 在考虑自相位调制和高阶群速色散的情况下，分析了超短脉冲在准周期Fibonacci超晶格中传输时，入射光强对脉冲传输特性的影响。结果表明：入射光强度对脉冲传输特性影响很大，不但使频谱展宽，而且限制超晶格的有效长度，是超短脉冲进行频率转换的主要考虑因素之一。     

光强对短脉冲在准周期光学超晶格中传输的影响

在考虑自相位调制和高阶群速色散的情况下,分析了超短脉冲在准周期Fibonacci超晶格中传输时,入射光强对脉冲传输特性的影响。结果表明：入射光强度对脉冲传输特性影响很大,不但使频谱展宽,而且限制超晶格的有效长度,是超短脉冲进行频率转换的主要考虑因素之一。     

准周期LiTaO3光学超晶格及其三倍频效应

在ＬｉＴａＯ３单晶中引入Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ序列铁电畴结构，首次研制成具有直接三倍频功能的准周期光学超晶格．实验证实了光的高次谐波可以通过若干个准位相匹配的二级非线性过程的耦合有效地产生，展示了准周期光学超晶格在非线性光学和光电子技术领域的应用前景     

准周期铁电光学超晶格多波长二次谐波的产生

准周期材料的研究是凝聚态物理学的热门课题之一。我们利用外电场室温极化技术，成功地制备了准周期ＬｉＴａＯ３超晶格，首次获得了高效，多波长的二次谐波输出。对应的基波波长分别为０．９７６２，１．０８４６，１．８３４，１．３６５０和１．５６９９μｍ。     

准周期激励与应变超晶格的动力学稳定性

假设超晶格锯齿形沟道对粒子的作用等效为形状相似的周期场作用. 在经典力学框架内,引入正弦平方势,把粒子运动方程化为具有阻尼项和双频激励项的摆方程. 用Melnikov方法对单频激励系统的分叉与混沌进行分析;用Lyapunov方法对双频激励系统的稳定性进行讨论. 结果表明：在弱非线性情况下,双频激励系统存在局域不稳定,且这种不稳定将向全局扩展,直至混沌的出现;导致混沌的双频激励强度远小于单频激励强度;外加一个适当的超声场可望将这种敏感钝化,使系统的稳定性得到改善. 关键词： 超晶格 准周期激励 混沌 稳定性     

基于超晶格结构衍射图的倒易矢量分布

根据超晶格结构的激光衍射图,提出了一种定量确定倒易矢量分布的实验方法.首先,将正方形周期超晶格结构作为参考光栅,得到其衍射图.根据傅里叶光学理论,计算出基本倒易矢量的大小,与衍射图上的几何长度建立标尺关系.通过引入矩形超晶格结构,证明了该方法在周期超晶格结构中的可行性.其次,将H型和谢尔宾斯基分形超晶格结构作为光栅,获得的衍射图与正方形结构衍射图进行对比.由衍射点间的几何长度比值,推算出分形衍射图中的倒易矢量分布.根据倒易矢量和准相位匹配谐频的基频波长之间的定量关系,理论计算出能够进行的谐频波长.最后,实验制备分形结构LiNbO3非线性光子晶体,探测准相位匹配倍频,所实现的倍频波长与理论计算值相吻合.谢尔宾斯基分形结构光栅在理论与实验上均可实现1.352μm的有效倍频输出.     

准相位匹配PPKTP晶体连续倍频13 mW绿光输出

采用高压脉冲电场极化,通过电光效应实时监控、倍频通光二维监控等手段的应用,制备出周期为9μm、长为8 mm、宽为3 mm、厚为1 mm的周期极化KTiOPO4晶体(PPKTP);倍频通光实验中,当波长1064 nm的基频光功率为1 W时,得到了功率为13.5 mW的532 nm连续倍频绿光输出,单通倍频转换效率为1.35%,归一化转换效率为1.69%/(W.cm),接近理论最大值。     

非晶态Si/SiN_x超晶格材料的发光与非线性光学特性

采用射频磁控反应溅射技术制备了a-Si/SiN_x超晶格材料,并采用热退火技术对材料进行处理。利用吸收光谱和X射线衍射谱对材料进行表征,结果表明Si层呈现非晶态。为研究材料的三阶非线性光学特性,对材料进行Z扫描研究,测量数据表明,材料的非线性吸收为反饱和吸收,材料非线性折射率呈现为负值,该材料的χ(3)的实部为4.57×10~(-17)C(1.39×10~(-7)esu),虚部为1.49×10~(-17)C(4.48×10~(-8)esu),该极化率数值比体硅材料的χ(3)值大5个数量级。对该材料非线性光学产生的机理进行了研究,认为材料体现出的较强的量子限制效应是非线性极化率增强的主要来源。     

稀土掺杂光学超晶格的自变频激光模型与应用

通过结合准相位匹配理论和空间分布自混频（或自倍频）激光模型提出了稀土掺杂光学超晶格材料自变频激光理论模型，该模型计入了弱聚焦的高斯光束空间分布，泵浦耦合以及非理想周期结构的影响，并应用该理论模型对Nd^3 离子掺杂非理想周期极化铌酸锂（Nd^3 :APLN)晶体同步自变频多波长激光进行了模拟计算，计算结果，尤其是阈值、可见激光总输出功率和同步可见激光谱线相对强度分布等与实验结果符合得很好，从而表明该模型的有效性。     

用数值方法分析微孔激光器出射光的近场特性

微孔激光器作为应用于近场光信息存储系统中的一种新型光源，它的出射光斑的近场特性对于近场光存储是十分重要的。针对纳米孔径运用角谱进行Fox-Li数值迭代，得到不同孔径微孔激光器的基模光强分布，然后运用二维非线性时域有限差分法分析微孔激光器出射端即微孔金属膜的近场光学性质，模拟计算了不同孔径和厚度的微孔金属膜的光强近场分布，从应用于近场光存储的角度，给出反映其近场光学特性的相关数据。发现由于TM模式下金属存在局域表面等离子增强效应，使得其出射强度比TE模式高一个数量级，从而更适于作为实际中近场光存储系统和原理试验的光学头。     

周期极化KTiOPO4晶体连续倍频绿光输出

采用外加电场极化方法，在Z切1mm厚的KTiOPO4晶体中实现了周期性极化反转。晶体的极化反转周期为9．0／μm，相互作用长度为3mm。波长为1．064μm的基频光功率为900mW，晶体中心温度为32℃时，获得0．532μm、22μW的倍频绿光输出，二次谐波转换效率为0．0024％。     

非线性简并光学参量放大系统的量子起伏

解析求解了P表象中考虑抽运吃空后的非线性含时简并光学参量放大系统获得压缩光所满足的福克尔-普朗克（Fokker-Planck）方程,并且计算了它在阈值附近及远离阈值的量子起伏。研究表明：若略去与η成正比的项,则通解很自然地过渡到线性近似解。计及与η成正比的项后,该解与Drummond等在阈值附近的微扰展开理论相比,基本相符。但在远离阈值处,微扰展开理论不适用,而该结果在阈值附近以及远离阈值的整个区域均是适用的。当μ→0压缩很小时,起伏趋近于真空起伏;而μ〉〉1,压缩增大时,趋近1／1＋μ线性理论。     

Effect of varying effective index and random deviations of domain boundary on sum-frequency-generation in quasi-phase-matching waveguides

The effect of varying effective index and random deviations of domain boundary on sum frequency generation (SFG) in quasi-phase-matching waveguides are analyzed and analytical expressions of the conversion efficiency are provided for the first time to our knowledge. By simplifying the coupled equations of SFG in waveguide, we provide analytical expressions of the conversion efficiency for the first time. Four models for variations of effective index and random errors of domains are investigated. The results demonstrate that, when effective index varying regularly along the waveguide, the normalized conversion efficiency of SFG is reduced and the curves of are no longer sinc² function but ripple profiles, which is different from the situation in bulk crystals; with the same magnitude, random period error is of much more significance than random duty cycle error, which is similar with the case in bulk crystals.     

光纤型宽带可调连续波差频产生中红外激光器

报道一种新型光纤化宽带可调连续波中红外激光器系统,该激光系统采用准相位匹配(QPM)的差频产生(DFG)技术,非线性晶体为多周期的周期性极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN),掺镱光纤激光器(YDFL)用作抽运光源,可调激光器经掺铒光纤放大器(EDFA)功率提升后作为信号光源。利用建立的准相位匹配-差频产生系统,获得了连续波中红外差频光输出;实验发现,温度导致相位失谐的半峰全宽(FWHM)为4.5℃;通过优化选择晶体周期,并结合调节信号光波长和控制温度,该准相位匹配-差频产生系统可在3.1~3.6μm内连续调谐。     

光纤型宽带可调连续波差频产生中红外激光器转换效率的研究

以掺镱光纤激光器为抽运源、掺铒光纤激光器后接掺铒光纤放大器为信号源,利用周期极化掺镁铌酸锂晶体,研究了全光纤化差频产生中红外激光器的转换效率特性。结果表明,抽运光和信号光偏振态影响差频产生过程的转换效率,利用偏振控制器,可将抽运光和信号光偏振方向调节到与晶体光轴方向平行,以获得高的转换效率。抽运光和信号光的光束质量既影响差频产生过程的转换效率,又决定晶体纵向位置的容限,当聚焦系统由自聚焦透镜和焦距100mm平凸透镜组成时,相对转换效率达0.717mW-2,晶体纵向位置容限为44mm。此外,差频光在3126.36~3529.6nm范围内调谐时,转换效率基本保持不变。     

Characteristics of Wavelength Tunable Femtosecond Soliton Pulse Generation Using Femtosecond Pump Laser and Polarization Maintaining Fiber

We have investigated both experimentally and numerically the characteristics of wavelength tunable femtosecond soliton pulse generation using a pulse width variable fiber laser and two different types of polarization maintaining fibers. The generated soliton shows the feature of the pulsewidth becoming almost constant at - 250 fs under any conditions of the pump pulse for 220m fiber. High conversion efficiency from pump pulse to a generated soliton pulse accounting for as much as 73% can be obtained. This efficiency decreases with increase in the input power or wavelength shift. A superior conversion efficiency and broad wavelength shift can be obtained by using a more shortened pump pulse. In the numerical calculations, it is predicted that under a condition of constant power of pump pulse, the maximum wavelength shift is achieved when the soliton number N is -1.4. The difference of mode field diameter and the group velocity dispersion (GVD) coefficient β₂ affect the wavelength shift and conversion efficiency. Using the fiber with small mode field diameter and small absolute value of GVD coefficient β₂, a high conversion efficiency and large wavelength shift can be obtained.